LTE-nätverket godkändes nyligen av 3GPP-konsortiet. Genom att använda ett sådant luftgränssnitt är det möjligt att erhålla ett nätverk med oöverträffad prestanda i termer av maximal dataöverföringshastighet, fördröjning av paketbefordran och spektral effektivitet. Författarna säger att lanseringen av LTE-nätverket tillåter mer flexibel användning av radiospektrum, multi-antennteknologi, kanalanpassning, schemaläggningsmekanismer, organisation av dataåteröverföring och effektkontroll.
Backstory
Mobilt bredband, som är baserat på HSPA höghastighetspaketdatateknik, har redan blivit allmänt accepterat av mobilnätsanvändare. Det är dock nödvändigt att ytterligare förbättra deras tjänst, till exempel genom att använda en ökning av hastigheten för dataöverföring, minimering av fördröjningstiden, samt en ökning av den totala nätverkskapaciteten, eftersom användarnas krav påtjänster för sådan kommunikation ökar ständigt. Det var för detta ändamål som specifikationen för HSPA Evolution och LTE-radiogränssnitt gjordes av 3GPP-konsortiet.
Huvudsakliga skillnader från tidigare versioner
LTE-nätverket skiljer sig från det tidigare utvecklade 3G-systemet genom förbättrade tekniska egenskaper, inklusive den maximala dataöverföringshastigheten på mer än 300 megabit per sekund, fördröjningen av paketvidarebefordran överstiger inte 10 millisekunder, och den spektrala effektiviteten har blivit mycket högre. Byggandet av LTE-nät kan utföras både i nya frekvensband och i befintliga operatörer.
Detta radiogränssnitt är placerat som en lösning till vilken operatörer gradvis kommer att byta från de standardsystem som för närvarande finns, dessa är 3GPP och 3GPP2. Och utvecklingen av detta gränssnitt är ett ganska viktigt steg på vägen mot bildandet av IMT-Advanced 4G-nätverksstandarden, det vill säga en ny generation. Faktum är att LTE-specifikationen redan innehåller de flesta funktioner som ursprungligen var avsedda för 4G-system.
Principen för organisation av radiogränssnittet
Radiokommunikation har en karakteristisk egenskap, som är att kvaliteten på radiokanalen inte är konstant i tid och rum, utan beror på frekvensen. Här är det nödvändigt att säga att kommunikationsparametrarna förändras relativt snabbt som ett resultat av flervägsutbredningen av radiovågor. För att upprätthålla ett konstant informationsutbyte över radiokanalen används vanligtvis ett antal metoder för att minimeraliknande förändringar, nämligen olika överföringsdiversitetsmetoder. Samtidigt, i processen att överföra informationspaket, kan användare inte alltid märka kortsiktiga fluktuationer i bithastigheten. LTE-nätverksläget förutsätter som en grundläggande princip för radioaccess att inte minska, utan att tillämpa snabba förändringar i radiokanalens kvalitet för att säkerställa den mest effektiva användningen av de radioresurser som finns tillgängliga vid varje given tidpunkt. Detta implementeras i frekvens- och tidsdomänerna genom OFDM-radioaccessteknik.
LTE-nätverksenhet
Vilken typ av system det är kan bara förstås genom att förstå hur det är organiserat. Den är baserad på den konventionella OFDM-tekniken, som innebär överföring av data över flera smalbandiga underbärvågor. Användningen av det senare i kombination med ett cykliskt prefix gör det möjligt att göra OFDM-baserad kommunikation resistent mot tidsspridningar av radiokanalparametrarna, och gör det också möjligt att praktiskt taget eliminera behovet av komplexa utjämnare på den mottagande sidan. Denna omständighet visar sig vara mycket användbar för att organisera en nedlänk, eftersom det i det här fallet är möjligt att förenkla behandlingen av signaler av mottagaren vid huvudfrekvensen, vilket gör det möjligt att minska kostnaderna för själva terminalenheten, liksom som den ström som den förbrukar. Och detta blir särskilt viktigt när du använder 4G LTE-nätverk tillsammans med multistreaming.
Upplänken, där den utstrålade effekten är betydligt lägre än i nedlänken, kräver obligatorisk inkludering i arbeteten energieffektiv metod för informationsöverföring för att öka täckningsområdet, minska strömförbrukningen för den mottagande enheten, såväl som dess kostnad. De genomförda studierna har lett till att nu för upplänken LTE används en enkelfrekvensteknik för att sända information i form av OFDM med en spridning som motsvarar den diskreta Fouriertransformlagen. Denna lösning ger ett lägre förhållande mellan genomsnittliga och maximala effektnivåer jämfört med konventionell modulering, vilket förbättrar energieffektiviteten och förenklar designen av terminalenheter.
Den grundläggande resursen som används vid överföring av information i enlighet med ODFM-teknologi kan visas som ett tidsfrekvensnätverk som motsvarar OFDM-symboluppsättningen och underbärvågor i tids- och frekvensdomänerna. LTE-nätverksläget antar att två resursblock används här som huvudelementet för dataöverföring, vilka motsvarar ett frekvensband på 180 kilohertz och ett tidsintervall på en millisekund. Ett brett utbud av datahastigheter kan realiseras genom att kombinera frekvensresurser, ställa in kommunikationsparametrar inklusive kodhastighet och val av moduleringsordning.
Specifications
Om vi tar hänsyn till LTE-nätverk kommer vad det är att bli klart efter vissa förklaringar. För att uppnå de höga målen för radiogränssnittet i ett sådant nätverk organiserade dess utvecklare ett antal ganska viktigamoment och funktionalitet. Var och en av dem kommer att beskrivas nedan, med en detaljerad indikation på hur de påverkar viktiga indikatorer som nätverkskapacitet, radiotäckning, fördröjningstid och dataöverföringshastighet.
Flexibilitet i användningen av radiospektrum
Lagstiftande normer som verkar i en viss geografisk region påverkar hur mobil kommunikation kommer att organiseras. Det vill säga, de föreskriver radiospektrum som allokeras i olika frekvensområden genom oparade eller parade band med olika bredder. Flexibilitet i användningen är en av de viktigaste fördelarna med LTE-radiospektrumet, vilket gör att det kan användas i olika situationer. LTE-nätverkets arkitektur tillåter inte bara att arbeta i olika frekvensband, utan också att använda frekvensband med olika bredder: från 1,25 till 20 megahertz. Dessutom kan ett sådant system fungera i oparade och parade frekvensband, vilket stöder tids- respektive frekvensduplex.
Om vi talar om terminalenheter, då när du använder parade frekvensband, kan enheten fungera i full duplex eller halv duplex. Den andra moden, i vilken terminalen tar emot och sänder data vid olika tidpunkter och vid olika frekvenser, är attraktiv genom att den avsevärt minskar kraven på egenskaperna hos duplexfiltret. Tack vare detta är det möjligt att minska kostnaderna för terminalenheter. Dessutom blir det möjligt att införa parade frekvensband med lågt duplexavstånd. Det visar sig att nätverkLTE-mobilkommunikation kan organiseras i nästan vilken distribution av frekvensspektrum som helst.
Den enda utmaningen med att utveckla en radioaccessteknik som tillåter flexibel användning av radiospektrum är att göra kommunikationsenheter kompatibla. För detta ändamål implementerar LTE-tekniken en identisk ramstruktur vid användning av frekvensband med olika bredd och olika duplexlägen.
Dataöverföring med flera antenner
Användningen av sändningar med flera antenner i mobila kommunikationssystem gör det möjligt att förbättra deras tekniska egenskaper, samt utöka deras kapacitet när det gäller abonnenttjänster. LTE-nättäckning involverar användningen av två metoder för multi-antennöverföring: diversitet och multi-stream, som ett specialfall av vilket är bildandet av en smal radiostråle. Mångfald kan ses som ett sätt att utjämna nivån på signalen som kommer från två antenner, vilket gör att du kan eliminera djupa fall i nivån på signaler som tas emot från varje antenn separat.
Låt oss ta en närmare titt på LTE-nätverket: vad är det och hur använder det alla dessa lägen? Sändningsdiversitet är här baserad på metoden för rymdfrekvenskodning av datablock, som kompletteras med tidsdiversitet med en frekvensförskjutning vid användning av fyra antenner samtidigt. Mångfald används vanligtvis på vanliga nedlänkar där schemaläggningsfunktionen inte kan tillämpas beroende på länkens tillstånd. Vart iöverföringsdiversitet kan användas för att skicka användardata, såsom VoIP-trafik. På grund av den relativt låga intensiteten hos sådan trafik kan den extra overhead som är associerad med den tidigare nämnda schemaläggningsfunktionen inte motiveras. Med datadiversitet är det möjligt att öka cellradien och nätverkskapaciteten.
Multiströmssändning för samtidig sändning av ett antal informationsströmmar över en radiokanal innebär användning av flera mottagande- och sändningsantenner placerade i terminalanordningen respektive basnätverkets station. Detta ökar den maximala hastigheten för dataöverföring avsevärt. Till exempel, om terminalenheten är utrustad med fyra antenner och ett sådant nummer är tillgängligt på basstationen, är det fullt möjligt att samtidigt sända upp till fyra dataströmmar över en radiokanal, vilket faktiskt gör det möjligt att fyrdubbla dess genomströmning.
Om du använder ett nätverk med liten arbetsbelastning eller små celler kan du tack vare multistreaming uppnå en tillräckligt hög genomströmning för radiokanaler, samt effektivt använda radioresurser. Om det finns stora celler och en hög grad av belastning kommer inte kanalkvaliteten att tillåta multiströmsöverföring. I det här fallet kan signalkvaliteten förbättras genom att använda flera sändningsantenner för att bilda en smal stråle för att överföra data i en ström.
Om vi övervägerLTE-nätverk - vad detta ger det för att uppnå större effektivitet - då är det värt att dra slutsatsen att för högkvalitativt arbete under olika driftsförhållanden implementerar denna teknik adaptiv multi-stream-överföring, vilket gör att du ständigt kan justera antalet strömmar som sänds samtidigt, i enlighet med de ständigt föränderliga kan altillståndsanslutningarna. Med goda länkförhållanden kan upp till fyra dataströmmar sändas samtidigt, vilket uppnår överföringshastigheter på upp till 300 megabit per sekund med en bandbredd på 20 megahertz.
Om kan altillståndet inte är så gynnsamt görs överföringen av färre strömmar. I denna situation kan antenner användas för att bilda en smal stråle, vilket förbättrar den övergripande mottagningskvaliteten, vilket i slutändan leder till en ökning av systemkapaciteten och en utvidgning av serviceområdet. För att tillhandahålla stora radiotäckningsområden eller dataöverföring med hög hastighet kan du sända en enda dataström med en smal stråle eller använda datadiversitet på vanliga kanaler.
Mekanism för anpassning och sändning av kommunikationskanalen
Principen för drift av LTE-nätverk förutsätter att schemaläggning kommer att innebära distribution av nätverksresurser mellan användare för dataöverföring. Detta tillhandahåller dynamisk schemaläggning i nedströms- och uppströmskanalerna. LTE-nätverk i Ryssland är för närvarande konfigurerade på ett sådant sätt att de balanserar kommunikationskanaler och övergripandeövergripande systemprestanda.
LTE-radiogränssnittet antar implementeringen av schemaläggningsfunktionen beroende på kommunikationskanalens tillstånd. Den tillhandahåller dataöverföring med höga hastigheter, vilket uppnås genom användning av högordningsmodulering, överföring av ytterligare informationsströmmar, en minskning av graden av kanalkodning och en minskning av antalet återsändningar. Till detta används frekvens- och tidsresurser som kännetecknas av relativt goda kommunikationsförhållanden. Det visar sig att överföringen av en viss mängd data görs på kortare tid.
LTE-nät i Ryssland, liksom i andra länder, är byggda på ett sådant sätt att trafiken av tjänster som är upptagna med att vidarebefordra paket med en liten nyttolast efter samma tidsintervall kan kräva en ökning av mängden signaleringstrafik som krävs för dynamisk schemaläggning. Det kan till och med överstiga mängden information som sänds av användaren. Det är därför det finns något sådant som statisk schemaläggning av LTE-nätverket. Vad detta är kommer det att bli tydligt om vi säger att användaren tilldelas en RF-resurs utformad för att sända ett visst antal delramar.
Tack vare anpassningsmekanismer är det möjligt att "pressa ut allt möjligt" ur en kanal med dynamisk länkkvalitet. Det låter dig välja ett kanalkodnings- och moduleringsschema i enlighet med kommunikationsförhållandena som kännetecknas av LTE-nätverk. Vad detta är kommer att framgå om vi säger att hans arbete påverkarpå dataöverföringshastigheten, samt på sannolikheten för eventuella fel i kanalen.
Uplink kraft och reglering
Denna aspekt handlar om att kontrollera nivån på ström som sänds ut av terminalerna för att öka nätverkskapaciteten, förbättra kommunikationskvaliteten, göra radiotäckningsområdet större, minska strömförbrukningen. För att uppnå dessa mål strävar kraftkontrollmekanismer efter att maximera nivån på en användbar inkommande signal samtidigt som de minskar radiostörningar.
LTE-nätverk av Beeline och andra operatörer antar att upplänkssignalerna förblir ortogonala, det vill säga att det inte bör finnas någon ömsesidig radiostörning mellan användare av samma cell, åtminstone för idealiska kommunikationsförhållanden. Nivån av störningar som skapas av användare av angränsande celler beror på var den sändande terminalen är belägen, det vill säga på hur dess signal dämpas på vägen till cellen. Megafon LTE-nätverket är uppbyggt på exakt samma sätt. Det skulle vara korrekt att säga detta: ju närmare terminalen är en angränsande cell, desto högre blir störningsnivån som den skapar i den. Terminaler som är längre bort från en angränsande cell kan sända starkare signaler än terminaler som är i närheten av den.
På grund av signalernas ortogonalitet kan upplänken multiplexera signaler från terminaler med olika styrka i en kanal på samma cell. Detta innebär att det inte finns något behov av att kompensera för signalnivåspikar,som uppstår på grund av flervägsutbredning av radiovågor, och du kan använda dem för att öka hastigheten för dataöverföring med hjälp av mekanismerna för anpassning och schemaläggning av kommunikationskanaler.
Datareläer
Nästan alla kommunikationssystem, och LTE-nätverk i Ukraina är inget undantag, gör då och då fel i processen för dataöverföring, till exempel på grund av signalblekning, störningar eller brus. Felskydd tillhandahålls av metoder för vidaresändning av förlorad eller skadad information, utformade för att säkerställa kommunikation av hög kvalitet. Radioresursen används mycket mer rationellt om datareläprotokollet är organiserat effektivt. För att få ut det mesta av höghastighetsluftgränssnittet har LTE-tekniken ett dynamiskt effektivt tvålagers datareläsystem som implementerar Hybrid ARQ. Den har den låga overhead som krävs för att ge feedback och skicka om data, komplett med ett högtillförlitligt selektivt försök igen.
HARQ-protokollet förser den mottagande enheten med redundant information, vilket gör att den kan korrigera eventuella specifika fel. Återsändning via HARQ-protokollet leder till bildandet av ytterligare informationsredundans, vilket kan krävas när återsändning inte räckte för att eliminera fel. Återsändning av paket som inte har korrigerats av HARQ-protokollet utförs medanvänder ARQ-protokollet. LTE-nätverk på iPhone fungerar enligt ovanstående principer.
Denna lösning låter dig garantera minsta möjliga fördröjning av paketöversättning med låg overhead, samtidigt som tillförlitligheten i kommunikationen garanteras. HARQ-protokollet låter dig upptäcka och korrigera de flesta av felen, vilket leder till en ganska sällsynt användning av ARQ-protokollet, eftersom detta är förknippat med avsevärd overhead, samt en ökning av fördröjningstiden under paketöversättning.
Basstationen är en slutnod som stöder båda dessa protokoll, vilket ger en tät länk mellan lagren i de två protokollen. Bland de olika fördelarna med en sådan arkitektur är den höga hastigheten för att eliminera fel som finns kvar efter driften av HARQ, såväl som den justerbara mängden information som överförs med hjälp av ARQ-protokollet.
LTE-radiogränssnittet har hög prestanda på grund av dess huvudkomponenter. Flexibiliteten i att använda radiospektrumet gör det möjligt att använda detta radiogränssnitt med vilken tillgänglig frekvensresurs som helst. LTE-tekniken tillhandahåller ett antal funktioner som möjliggör effektiv användning av snabbt föränderliga kommunikationsförhållanden. Beroende på länkens tillstånd ger schemaläggningsfunktionen de bästa resurserna till användarna. Användningen av multi-antennteknologier leder till en minskning av signalfädning, och med hjälp av kanalanpassningsmekanismer är det möjligt att använda kodning och signalmoduleringsmetoder som garanterar optimal kommunikationskvalitet under specifika förhållanden.
