LTE mrežu je nedavno odobrio 3GPP konzorcij. Korišćenjem takvog vazdušnog interfejsa moguće je dobiti mrežu sa neviđenim performansama u smislu maksimalne brzine prenosa podataka, kašnjenja prosleđivanja paketa i spektralne efikasnosti. Autori kažu da pokretanje LTE mreže omogućava fleksibilnije korištenje radio spektra, multi-antennske tehnologije, prilagođavanje kanala, mehanizme planiranja, organizaciju retransmisije podataka i kontrolu snage.
Pozadina
Mobilni širokopojasni pristup, koji se zasniva na HSPA tehnologiji velike brzine paketnih podataka, već je postao široko prihvaćen od strane korisnika mobilne mreže. Međutim, potrebno je dodatno unaprijediti njihovu uslugu, na primjer, povećanjem brzine prijenosa podataka, minimiziranjem vremena kašnjenja, kao i povećanjem ukupnog kapaciteta mreže, budući da su zahtjevi korisnika dausluge takve komunikacije su u stalnom porastu. U tu svrhu je konzorcij 3GPP napravio specifikaciju HSPA Evolution i LTE radio interfejsa.
Glavne razlike u odnosu na ranije verzije
LTE mreža se razlikuje od ranije razvijenog 3G sistema po poboljšanim tehničkim karakteristikama, uključujući maksimalnu brzinu prenosa podataka veću od 300 megabita u sekundi, kašnjenje prosljeđivanja paketa ne prelazi 10 milisekundi, a spektralna efikasnost je postala mnogo više. Izgradnja LTE mreža može se izvoditi kako u novim frekventnim opsezima tako iu postojećim operaterima.
Ovaj radio interfejs je pozicioniran kao rešenje na koje će operateri postepeno prelaziti sa sistema standarda koji trenutno postoje, a to su 3GPP i 3GPP2. A razvoj ovog sučelja je prilično važna faza na putu formiranja standarda IMT-Advanced 4G mreže, odnosno nove generacije. U stvari, LTE specifikacija već sadrži većinu karakteristika koje su prvobitno bile namijenjene za 4G sisteme.
Princip organizacije radio interfejsa
Radio komunikacija ima karakterističnu osobinu, a to je da kvalitet radio kanala nije konstantan u vremenu i prostoru, već zavisi od frekvencije. Ovdje je potrebno reći da se komunikacijski parametri relativno brzo mijenjaju kao rezultat višestaznog širenja radio valova. Kako bi se održala stalna brzina razmjene informacija preko radio kanala, obično se koristi niz metoda za minimiziranjeslične promjene, odnosno različite metode diverziteta prijenosa. Istovremeno, u procesu prijenosa informacijskih paketa, korisnici ne mogu uvijek primijetiti kratkoročne fluktuacije u bit rate. Režim LTE mreže pretpostavlja kao osnovni princip radio pristupa ne smanjenje, već primjenu brzih promjena u kvaliteti radio kanala kako bi se osiguralo najefikasnije korištenje radio resursa dostupnih u svakom trenutku. Ovo je implementirano u frekvencijskom i vremenskom domenu kroz OFDM radio pristupnu tehnologiju.
LTE mrežni uređaj
Kakav je to sistem može se razumjeti samo razumijevanjem kako je organiziran. Zasnovan je na konvencionalnoj OFDM tehnologiji, koja uključuje prijenos podataka preko nekoliko uskopojasnih podnosača. Upotreba potonjeg u kombinaciji sa cikličnim prefiksom omogućava da se komunikacija zasnovana na OFDM-u učini otpornom na vremenske disperzije parametara radio kanala, a također omogućava da se praktično eliminira potreba za složenim ekvilajzerima na strani prijema. Ova se okolnost ispostavila kao vrlo korisna za organiziranje downlink-a, jer je u ovom slučaju moguće pojednostaviti obradu signala od strane prijemnika na glavnoj frekvenciji, što omogućava smanjenje cijene samog terminalnog uređaja, kao i kao snaga koju on troši. A ovo postaje posebno važno kada koristite 4G LTE mrežu zajedno sa multi-streamingom.
Ulazni link, gdje je snaga zračenja znatno niža nego u downlink-u, zahtijeva obavezno uključivanje u radenergetski efikasna metoda prijenosa informacija za povećanje područja pokrivenosti, smanjenje potrošnje energije prijemnog uređaja, kao i njegovu cijenu. Provedene studije dovele su do činjenice da se sada za uplink LTE koristi jednofrekventna tehnologija za emitiranje informacija u obliku OFDM s disperzijom koja odgovara diskretnom Fourierovom zakonu transformacije. Ovo rješenje pruža niži omjer prosječnog i maksimalnog nivoa snage u poređenju sa konvencionalnom modulacijom, što poboljšava energetsku efikasnost i pojednostavljuje dizajn terminalnih uređaja.
Osnovni resurs koji se koristi u prenosu informacija u skladu sa ODFM tehnologijom može se prikazati kao vremensko-frekventna mreža koja odgovara OFDM skupu simbola, i podnoseći u vremenskom i frekvencijskom domenu. Režim LTE mreže pretpostavlja da se ovdje koriste dva bloka resursa kao glavni element prijenosa podataka, koji odgovaraju frekvencijskom opsegu od 180 kiloherca i vremenskom intervalu od jedne milisekundi. Širok raspon brzina podataka može se ostvariti kombinovanjem frekvencijskih resursa, postavljanjem komunikacijskih parametara uključujući brzinu koda i odabir redosleda modulacije.
Specifikacije
Ako uzmemo u obzir LTE mreže, šta je to, postaće jasno nakon određenih objašnjenja. Da bi postigli visoke ciljeve postavljene za radio interfejs takve mreže, njeni programeri su organizovali niz prilično važnihmomente i funkcionalnost. Svaki od njih će biti opisan u nastavku, sa detaljnim naznakom kako utiču na važne indikatore kao što su kapacitet mreže, radio pokrivenost, vrijeme kašnjenja i brzina prijenosa podataka.
Fleksibilnost u korištenju radio spektra
Zakonodavne norme koje funkcionišu u određenom geografskom regionu utiču na to kako će biti organizovane mobilne komunikacije. To jest, oni propisuju radio spektar dodijeljen u različitim frekvencijskim opsezima neuparenim ili uparenim opsezima različite širine. Fleksibilnost upotrebe je jedna od najvažnijih prednosti LTE radio spektra, koja mu omogućava da se koristi u različitim situacijama. Arhitektura LTE mreže omogućava ne samo rad u različitim frekventnim opsezima, već i korištenje frekvencijskih pojasa različitih širina: od 1,25 do 20 megaherca. Osim toga, takav sistem može raditi u neuparenim i uparenim frekvencijskim opsezima, podržavajući vremenski i frekvencijski dupleks, respektivno.
Ako govorimo o terminalnim uređajima, onda kada se koriste upareni frekventni opsegi, uređaj može raditi u full duplex ili poludupleks modu. Drugi način rada, u kojem terminal prima i prenosi podatke u različito vrijeme i na različitim frekvencijama, atraktivan je po tome što značajno smanjuje zahtjeve za karakteristikama dupleks filtera. Zahvaljujući tome, moguće je smanjiti troškove terminalnih uređaja. Osim toga, postaje moguće uvesti uparene frekvencijske pojaseve sa malim dupleksnim razmakom. Ispostavilo se da mrežeLTE mobilne komunikacije mogu se organizirati u gotovo bilo kojoj distribuciji frekvencijskog spektra.
Jedini izazov u razvoju tehnologije pristupa radiju koja omogućava fleksibilno korištenje radio spektra je učiniti komunikacione uređaje kompatibilnim. U tu svrhu, LTE tehnologija implementira identičnu strukturu okvira u slučaju korištenja frekvencijskih opsega različitih širina i različitih dupleks modova.
Prenos podataka sa više antena
Upotreba multi-antenskog emitovanja u sistemima mobilnih komunikacija omogućava poboljšanje njihovih tehničkih karakteristika, kao i proširenje njihovih mogućnosti u pogledu usluge pretplatnika. Pokrivenost LTE mrežom uključuje korištenje dvije metode prijenosa sa više antena: diverzitet i multi-stream, čiji je poseban slučaj formiranje uskog radio snopa. Raznolikost se može smatrati načinom za izjednačavanje nivoa signala koji dolazi sa dve antene, što vam omogućava da eliminišete duboke padove u nivou signala koji se primaju sa svake antene posebno.
Pogledajmo izbliza LTE mrežu: šta je to i kako koristi sve ove modove? Diverzitet prijenosa se ovdje zasniva na metodi prostorno-frekventnog kodiranja blokova podataka, koji je dopunjen vremenskim diverzitetom sa pomakom frekvencije kada se istovremeno koriste četiri antene. Raznolikost se obično koristi na uobičajenim downlink-ovima gdje se funkcija planiranja ne može primijeniti ovisno o stanju veze. Gderazličitost prenosa može se koristiti za slanje korisničkih podataka, kao što je VoIP saobraćaj. Zbog relativno niskog intenziteta takvog saobraćaja, dodatni troškovi koji su povezani s prethodno spomenutom funkcijom planiranja ne mogu se opravdati. Uz raznolikost podataka, moguće je povećati radijus ćelija i kapacitet mreže.
Multistream prijenos za istovremeni prijenos većeg broja tokova informacija preko jednog radio kanala uključuje korištenje nekoliko prijemnih i odašiljajućih antena koje se nalaze u terminalnom uređaju i baznoj mrežnoj stanici, respektivno. Ovo značajno povećava maksimalnu brzinu prenosa podataka. Na primjer, ako je terminalni uređaj opremljen sa četiri antene i toliki broj je dostupan na baznoj stanici, onda je sasvim moguće istovremeno prenositi do četiri toka podataka preko jednog radio kanala, što zapravo omogućava četverostruko povećanje njegove propusnosti.
Ako koristite mrežu sa malim opterećenjem ili malim ćelijama, tada zahvaljujući multi-streamingu možete postići dovoljno visoku propusnost za radio kanale, kao i efikasno koristiti radio resurse. Ako postoje velike ćelije i visok stepen opterećenja, kvalitet kanala neće dozvoliti multistream prijenos. U ovom slučaju, kvalitet signala se može poboljšati korištenjem više antena za odašiljanje kako bi se formirao uski snop za prijenos podataka u jednom toku.
Ako uzmemo u obzirLTE mreža - što joj to daje za postizanje veće efikasnosti - onda vrijedi zaključiti da za kvalitetan rad u različitim radnim uvjetima, ova tehnologija implementira adaptivni multi-stream prijenos, koji vam omogućava da stalno prilagođavate broj streamova koji se istovremeno prenose, u skladu sa konekcijama stanja kanala koji se stalno mijenjaju. Uz dobre uslove veze, do četiri toka podataka mogu se prenositi istovremeno, postižući brzine prijenosa do 300 megabita u sekundi sa propusnim opsegom od 20 megaherca.
Ako stanje kanala nije tako povoljno, tada se prijenos vrši s manjim brojem streamova. U ovoj situaciji, antene se mogu koristiti za formiranje uskog snopa, poboljšavajući ukupni kvalitet prijema, što u konačnici dovodi do povećanja kapaciteta sistema i proširenja područja usluge. Da biste obezbijedili velika područja radio pokrivenosti ili prijenos podataka velikom brzinom, možete prenijeti jedan tok podataka sa uskim snopom ili koristiti raznolikost podataka na uobičajenim kanalima.
Mehanizam za adaptaciju i dispečiranje komunikacijskog kanala
Princip rada LTE mreža pretpostavlja da će zakazivanje značiti raspodjelu mrežnih resursa između korisnika za prijenos podataka. Ovo omogućava dinamičko raspoređivanje u nizvodnim i uzvodnim kanalima. LTE mreže u Rusiji su trenutno konfigurisane na takav način da balansiraju kanale komunikacije i sveukupnoukupne performanse sistema.
LTE radio interfejs pretpostavlja implementaciju funkcije planiranja u zavisnosti od stanja komunikacionog kanala. Omogućava prijenos podataka velikim brzinama, što se postiže korištenjem modulacije visokog reda, prijenosom dodatnih tokova informacija, smanjenjem stepena kodiranja kanala i smanjenjem broja retransmisija. Za to se koriste frekvencijski i vremenski resursi koje karakterišu relativno dobri uslovi komunikacije. Ispostavilo se da se prijenos bilo koje određene količine podataka vrši u kraćem vremenskom periodu.
LTE mreže u Rusiji, kao iu drugim zemljama, izgrađene su na način da promet servisa koji su zauzeti prosljeđivanjem paketa sa malim opterećenjem nakon istih vremenskih intervala može zahtijevati povećanje količine signalnog prometa koji je potreban za dinamičko zakazivanje. Može čak i premašiti količinu informacija koje emituje korisnik. Zato postoji takva stvar kao što je statičko zakazivanje LTE mreže. Šta je to, postat će jasno ako kažemo da je korisniku dodijeljen RF resurs dizajniran za prijenos određenog broja podokvirova.
Zahvaljujući mehanizmima prilagođavanja, moguće je "iscijediti sve moguće" iz kanala sa dinamičkim kvalitetom veze. Omogućava vam da odaberete kanalnu šemu kodiranja i modulacije u skladu sa komunikacijskim uvjetima koje karakteriziraju LTE mreže. Šta je to, postaće jasno ako kažemo da njegov rad utičena brzinu prenosa podataka, kao i na vjerovatnoću bilo kakve greške na kanalu.
Uplink snaga i regulacija
Ovaj aspekt se odnosi na kontrolu nivoa snage koju emituju terminali kako bi se povećao kapacitet mreže, poboljšao kvalitet komunikacije, povećao područje radio pokrivenosti, smanjila potrošnja energije. Da bi postigli ove ciljeve, mehanizmi kontrole snage nastoje maksimizirati nivo korisnog dolaznog signala uz smanjenje radio smetnji.
LTE mreže Beeline-a i drugih operatera pretpostavljaju da signali uplink-a ostaju ortogonalni, odnosno da ne bi trebalo biti međusobne radio smetnje između korisnika iste ćelije, barem za idealne uslove komunikacije. Nivo smetnji koje stvaraju korisnici susjednih ćelija ovisi o tome gdje se emitujući terminal nalazi, odnosno kako se njegov signal slabi na putu do ćelije. Megafon LTE mreža je uređena na potpuno isti način. Ispravno bi bilo reći ovo: što je terminal bliži susjednoj ćeliji, to će biti veći nivo smetnji koje stvara u njemu. Terminali koji su udaljeniji od susedne ćelije mogu da prenose jače signale od terminala koji su joj u neposrednoj blizini.
Zbog ortogonalnosti signala, uplink može multipleksirati signale sa terminala različite jačine u jednom kanalu na istoj ćeliji. To znači da nema potrebe da se kompenzuju skokovi nivoa signala,koji nastaju usled višestaznog širenja radio talasa, a možete ih koristiti za povećanje brzine prenosa podataka koristeći mehanizme prilagođavanja i raspoređivanja komunikacionih kanala.
Releji podataka
Skoro svaki komunikacioni sistem, a LTE mreže u Ukrajini nisu izuzetak, s vremena na vreme pravi greške u procesu prenosa podataka, na primer, zbog slabljenja signala, smetnji ili šuma. Zaštita od grešaka je obezbeđena metodama retransmisije izgubljenih ili oštećenih informacija, koje su dizajnirane da obezbede komunikaciju visokog kvaliteta. Radio resurs se koristi mnogo racionalnije ako je protokol za prenos podataka organizovan efikasno. Kako bi se maksimalno iskoristio zračni interfejs velike brzine, LTE tehnologija ima dinamički efikasan dvoslojni sistem prijenosa podataka koji implementira Hybrid ARQ. Odlikuje se malim troškovima potrebnim za pružanje povratnih informacija i ponovnog slanja podataka, zajedno sa visoko pouzdanim protokolom selektivnog ponovnog pokušaja.
HARQ protokol obezbjeđuje prijemnom uređaju suvišne informacije, omogućavajući mu da ispravi sve specifične greške. Ponovni prijenos putem HARQ protokola dovodi do formiranja dodatne redundantnosti informacija, koja može biti potrebna kada ponovni prijenos nije bio dovoljan da eliminira greške. Ponovni prijenos paketa koji nisu ispravljeni HARQ protokolom se izvodi sakoristeći ARQ protokol. LTE mreže na iPhoneu rade prema gore navedenim principima.
Ovo rešenje vam omogućava da garantujete minimalno kašnjenje prevođenja paketa sa malim troškovima, dok je pouzdanost komunikacije zagarantovana. HARQ protokol vam omogućava da otkrijete i ispravite većinu grešaka, što dovodi do prilično rijetke upotrebe ARQ protokola, jer je to povezano sa značajnim troškovima, kao i povećanjem vremena kašnjenja tokom prevođenja paketa.
Bazna stanica je krajnji čvor koji podržava oba ova protokola, pružajući čvrstu vezu između slojeva dva protokola. Među raznim prednostima takve arhitekture je velika brzina otklanjanja grešaka koje su ostale nakon rada HARQ-a, kao i podesiva količina informacija koje se prenose korištenjem ARQ protokola.
LTE radio interfejs ima visoke performanse zbog svojih glavnih komponenti. Fleksibilnost korištenja radio spektra omogućava korištenje ovog radio sučelja sa bilo kojim raspoloživim frekvencijskim resursom. LTE tehnologija pruža niz karakteristika koje omogućavaju efikasno korištenje uslova komunikacije koji se brzo mijenjaju. Ovisno o stanju veze, funkcija planiranja daje korisnicima najbolje resurse. Upotreba tehnologije sa više antena dovodi do smanjenja bledenja signala, a uz pomoć mehanizama prilagođavanja kanala moguće je koristiti metode kodiranja i modulacije signala koje garantuju optimalan kvalitet komunikacije u specifičnim uslovima.
