Rețelele LTE - ce este? Modul, structura și principiul de funcționare al rețelei LTE

Rețeaua LTE a fost recent aprobată de consorțiul 3GPP. Prin utilizarea unei astfel de interfață de rețea de aer poate obține parametrii de funcționare fără precedent în ceea ce privește rata maximă la care se transmite date, latența transferul pachetelor, precum și eficiența spectrală. Autorii spun ca lansarea rețelei LTE permite utilizarea spectrului radio, tehnologia multiantennuyu, adaptarea canal este mecanisme de planificare mai flexibile, re-organizarea de retransmisie date și de control al puterii.

preistorie

bandă largă mobilă, care se bazează pe tehnologia de transmisie de pachete de date la viteză mare pe standardul HSPA, a devenit larg acceptată de către utilizatorii rețelelor celulare. Cu toate acestea, noi trebuie să continue să facă îmbunătățirea serviciilor lor, de exemplu, folosind creșterea vitezei de traducere a datelor, a minimiza latență și crește capacitatea totală de rețea, precum și cerințele utilizatorilor pentru serviciile de astfel de comunicații sunt în continuă creștere. În acest sens, a fost făcută specificarea interfețelor radio HSPA Evolution și LTE de către consorțiul 3GPP.

Diferențe majore față de versiunile anterioare

standard de rețea LTE diferă de caracteristicile sistemului 3G dezvoltate anterior îmbunătățite, inclusiv viteza maximă la care transferul de informații - peste 300 de megabiți pe secundă întârziere de transfer de pachete nu va depăși 10 milisecunde și eficiența spectrală a fost mult mai mare. Construcția rețelelor LTE poate fi realizată atât în ​​benzile de frecvență noi, cât și în operatorii deja disponibili.

Această interfață radio este poziționată ca o soluție, la care operatorii vor trece treptat de la sistemele de standardizare existente în prezent, și anume 3GPP și 3GPP2. Dezvoltarea acestei interfețe este un pas important în formarea standardului pentru rețelele 4G IMT-Advanced, adică o nouă generație. De fapt, specificația LTE conține deja majoritatea funcțiilor care au fost inițial destinate sistemelor 4G.

Principiul organizării interfeței radio

Comunicarea radio are o caracteristică caracteristică, și anume că canalul radio pentru calitate nu este constant în timp și spațiu, dar depinde de frecvență. Aici este necesar să spunem că parametrii de comunicare se schimbă relativ repede ca urmare a propagării în mai multe căi a undelor radio. Pentru a menține o rată constantă de schimb de informații pe un canal radio, un număr de metode sunt utilizate în mod obișnuit pentru a minimiza astfel de schimbări, și anume, diferite metode de transmisie a diversității. În același timp, în timpul transmiterii pachetelor de informații, este posibil ca utilizatorii să nu observe întotdeauna fluctuații pe termen scurt în rata de biți. Modul de rețea LTE presupune ca principiu de bază al accesului radio nu reducerea, ci aplicarea unor modificări rapide ale calității canalului radio, pentru a asigura cea mai eficientă utilizare a resurselor radio disponibile în orice moment. Acest lucru este implementat în domeniile frecvenței și timpului prin tehnologia de acces radio OFDM.

Dispozitiv de rețea LTE

Ce fel de sistem este, puteți înțelege, doar imaginind cum este organizat. Se bazează pe tehnologia obișnuită OFDM, care presupune transfer de date pe mai multe subcariere cu bandă îngustă. Utilizarea acestuia din urmă în combinație cu prefixul ciclic face posibilă stabilizarea comunicării bazate pe OFDM la variațiile temporale ale parametrilor canalului radio și, de asemenea, face posibilă eliminarea practică a necesității utilizării egalizatoarelor complexe pe partea receptoare. Această circumstanță se dovedește a fi foarte utilă pentru organizarea canalului din aval, deoarece în acest caz este posibilă simplificarea procesării semnalului de către receptor la frecvența principală, ceea ce permite reducerea costului dispozitivului terminal în sine, precum și puterea consumată de acesta. Și acest lucru devine deosebit de important atunci când se utilizează o rețea LTE 4G împreună cu multi-streaming.

Uplink-ul, unde puterea radiată este semnificativ mai mică decât cea descendentă, necesită includerea obligatorie în muncă a unei metode eficiente din punct de vedere energetic de transmitere a informațiilor pentru a crește acoperirea, a reduce consumul de energie receptor, precum și costul acestuia. Cercetările efectuate au condus la faptul că acum pentru canalul LTE uplink tehnologia cu o singură frecvență de transmitere a informațiilor în forma OFDM cu dispersia corespunzătoare legii discrete Transformarea Fourier. O astfel de soluție permite obținerea unui raport mai mic al nivelului mediu și maxim de putere în comparație cu utilizarea modulației tradiționale, ceea ce permite creșterea eficienței energetice și simplificarea construcției dispozitivelor terminale.

Resursa de bază utilizată în transmiterea informațiilor în conformitate cu tehnologia ODFM poate fi demonstrată sub forma unei rețele de frecvență temporală care corespunde unui set de simboluri OFDM și sub-purtători în domeniile de timp și de frecvență. Modul de rețea LTE presupune utilizarea a două blocuri de resurse ca element principal al transmiterii datelor, care corespund benzii de frecvență de 180 kHz și intervalului de timp de o milisecundă. O gamă largă de rate de date poate fi realizată prin combinarea resurselor de frecvență, stabilirea parametrilor de comunicare, inclusiv rata de codare și selectarea ordinelor de modulare.

Specificații tehnice

Dacă luăm în considerare rețelele LTE, ceea ce este, devine clar după anumite explicații. Pentru a atinge obiectivele înalte stabilite pentru interfața radio a unei astfel de rețele, dezvoltatorii săi au organizat o serie de puncte și funcționalități destul de importante. Fiecare dintre acestea va fi descrisă în detaliu, cu o indicație detaliată a efectului pe care îl au asupra indicatorilor importanți precum capacitatea rețelei, zona de acoperire a radioului, timpul de întârziere și rata de transfer a datelor.

Flexibilitatea aplicării spectrului de frecvențe radio

Normele legislative care operează într-o regiune geografică sau într-o altă regiune geografică afectează modul de organizare a comunicării mobile. Asta este, ei prescriu un spectru de frecvențe radio, alocate în benzile de frecvență diferite, cu benzile nepereche sau pereche de diferite lățimi. Flexibilitatea utilizării este unul dintre cele mai importante avantaje ale spectrului radio LTE, care permite utilizarea acestuia în situații diferite. Arhitectura rețelei LTE permite nu numai să lucreze în diferite benzi de frecvență, ci și să utilizeze benzi de frecvență cu lățimi diferite: de la 1,25 la 20 MHz. În plus, un astfel de sistem poate funcționa în benzi de frecvență necorespunzătoare și pereche, susținând, respectiv, duplexul de timp și de frecvență.

Dacă vorbim despre dispozitive terminale, atunci când folosim benzile de frecvență asociate, dispozitivul poate funcționa în modul duplex sau semiplex. Al doilea mod, care se realizează prin transmiterea terminalului și recepția datelor la momente diferite și la frecvențe diferite, este atractiv, deoarece reduce substanțial cerințele la caracteristicile expuse filtru duplex. Datorită acestui fapt, este posibil să se reducă costul dispozitivelor terminale. În plus, există posibilitatea introducerii benzilor de frecvență asociate cu o ușoară separare duplex. Se pare că rețelele de comunicații mobile LTE pot fi organizate aproape pentru orice distribuție a spectrului de frecvențe.

Singura problemă în dezvoltarea tehnologiei de acces radio, care permite utilizarea flexibilă a radiospectrului, este de a face compatibile dispozitivele de comunicare. În acest scop, tehnologia LTE implementează o structură identică a cadrului în cazul utilizării benzilor de frecvență de diferite lățimi și diferite moduri duplex.

Transmiterea de date cu mai multe antene

Utilizarea radiodifuziunii cu mai multe antene în sistemele de comunicații mobile face posibilă îmbunătățirea caracteristicilor lor tehnice, precum și extinderea capacităților acestora în ceea ce privește întreținerea abonaților. Acoperirea rețelei LTE presupune utilizarea a două metode de transmisie cu mai multe antene: distanțate și multietajate, ca un caz particular în care se distinge formarea unui fascicul radio îngust. Diversitatea informațiilor poate fi considerată ca o metodă de nivelare a nivelului de semnal care provine de la două antene, ceea ce permite eliminarea scăderilor adânci ale nivelului semnalelor recepționate separat de fiecare antenă.

Este posibil să se ia în considerare în detaliu rețeaua LTE: ce este și cum se utilizează toate modurile specificate? Transmisia diversității de aici se bazează pe metoda codării spațiului-frecvență a blocurilor de date, care este completată de diversitatea de timp cu o deviație de frecvență atunci când patru antene sunt utilizate simultan. Transmiterea diversității este utilizată în mod obișnuit pe canalele de comunicații descendente în care funcția de expediere nu poate fi aplicată în funcție de starea în care aceasta se află canal de comunicare. În acest caz, transmisia diversității poate fi utilizată pentru a transfera datele utilizatorului, de exemplu traficul VoIP. Datorită intensității relativ scăzute a unui astfel de trafic, nu este posibil să se justifice cheltuielile suplimentare care sunt asociate cu funcția de dispecerizare menționată anterior. Datorită diversității transmisiei de date, este posibilă creșterea razei celulare și a capacității rețelei.

Transmisia cu mai multe șuruburi pentru transmiterea simultană a unui număr de fluxuri de informații pe un singur canal radio implică utilizarea mai multor antene de recepție și de transmisie situate în dispozitivul terminal și, respectiv, în stația de rețea de bază. Acest lucru crește semnificativ viteza maximă de transfer de date. De exemplu, dacă dispozitivul terminal este echipat cu patru antene și o astfel de cantitate este disponibilă la stația de bază, este destul de realistă transmiterea simultană a până la patru fluxuri de date pe un canal radio, ceea ce, de fapt, face ca lățimea de bandă să fie de patru ori mai mare.

Dacă se utilizează o rețea cu un volum mic de lucru sau cu celule mici, atunci datorită transmisiei cu mai multe fire, va fi posibilă realizarea unei canale de transmisie suficient de ridicate pentru canalele radio și, de asemenea, utilizarea eficientă a resurselor radio. Dacă există celule mari și o încărcătură de mare intensitate, atunci calitatea canalului nu va permite utilizarea transmisiei în modul multicast. În acest caz, calitatea semnalului poate fi îmbunătățită prin utilizarea mai multor antene de transmisie pentru a forma un fascicul îngust pentru transmiterea datelor într-un singur flux.

Dacă luăm în considerare rețeaua LTE - dă-o pentru a obține o mai mare eficiență - atunci merită să tragem concluzia că transmisia de adaptare pentru munca de calitate în diferite condiții de funcționare, această tehnologie este pusă în aplicare multi-stream, care vă permite să se adapteze în mod constant numărul de fluxuri transmise simultan, în conformitate cu în continuă schimbare starea canalului de comunicare. Cu o stare de canal bun poate fi efectuată transmite simultan până la patru fluxuri de date care pot obține rate de transmisie de până la 300 megabiți pe secundă, la o lățime de bandă de frecvență de 20 MHz.

Dacă starea canalului nu este atât de favorabilă, transmisia se face în mai puține fire. În această situație, antenele pot fi utilizate pentru a forma un model de fascicul îngust, crescând calitatea generală a recepției, ceea ce duce în cele din urmă la o creștere a capacității sistemului și la extinderea zonei deservite. Pentru a oferi o acoperire radio extinsă sau o transmisie de date la viteză mare, este posibil să transmiteți un flux de date cu un fascicul îngust sau să utilizați canale partajate pe un canal partajat.

Mecanismul de adaptare și dispecerizare a canalului de comunicare

Principiul de funcționare al rețelelor LTE presupune că dispecerizarea va fi înțeleasă ca distribuția între utilizatorii de resurse de rețea pentru transmisia de date. Oferă dispecerizare dinamică în canalele descendente și ascendente. În prezent, rețelele LTE din Rusia sunt configurate pentru a echilibra canalele de comunicare și performanța generală a întregului sistem.

Interfața aeriană LTE presupune implementarea funcției de expediere, în funcție de starea canalului de comunicație. Oferă transmisia de date la viteze mari, obținută prin utilizarea modulației înalte, transferul fluxurilor de informații suplimentare, reducerea gradului de codare a canalelor, precum și reducerea numărului de emisiuni repetate. Pentru aceasta, sunt implicate resursele de frecvență și de timp, caracterizate de condiții de comunicare relativ bune. Se pare că transferul unei anumite cantități de date se face într-o perioadă mai scurtă de timp.

rețea LTE în Rusia, ca și în alte țări, sunt construite astfel încât serviciile de trafic, care sunt ocupate prin transmiterea de pachete cu sarcini utile mici după aceleași intervale de timp, poate determina necesitatea de a mări volumul de semnalizare a traficului, care este necesară pentru programarea dinamică. Poate chiar să depășească cantitatea de informații difuzate de utilizator. De aceea există un astfel de lucru ca dispecerizarea statică a rețelei LTE. Adică, devine clar, dacă spunem că utilizatorul selectează o resursă de frecvență radio pentru transmiterea unui anumit număr de sub-cadre.

Datorită mecanismelor de adaptare, este posibil să "stoarce tot ce este posibil" din canal cu o calitate dinamică a comunicării. Vă permite să selectați schema de codificare și modulare a canalelor în funcție de condițiile de comunicare caracterizate de rețelele LTE. Ce va fi clar dacă spui că munca sa afectează viteza de traducere a datelor, precum și probabilitatea unor erori în canal.

Puterea în legătura ascendentă și reglementarea acesteia

Acest aspect se referă la gestionarea nivelului de putere emis de terminale pentru a crește capacitatea rețelei, pentru a îmbunătăți calitatea comunicării, pentru a face zona de acoperire a radioului mai mare, pentru a reduce consumul de energie. Pentru a atinge aceste obiective, mecanismele de reglare a puterii tind să maximizeze nivelul semnalului de intrare util, reducând simultan interferențele radio.

rețea LTE „Beeline“ și alte declarații sugerează că semnalele în legătura ascendentă sunt ortogonale, adică între utilizatori în aceeași celulă ar trebui să fie nici o interferență mutuală, cel puțin, acest lucru se aplică condițiile ideale de comunicare. Nivelul zgomotului creat de către utilizatorii din celulele adiacente, depinde de unde terminalul emite, adică modul în care atenueaza semnalul pe drumul spre celulă. Rețeaua LTE "Megafon" este aranjată exact în același mod. Va fi corect să spunem: cu cât mai aproape terminalul este în celula vecină, cu cât nivelul de zgomot, pe care îl creează în ea. Terminale, care se află la o distanță considerabilă de celula vecină poate transmite semnale de putere mai mare în comparație cu terminalele situate cu ea în imediata apropiere.

Din cauza ortogonalitatea semnalelor în legătura ascendentă pot fi multiplexate semnale de la diferite terminale de putere în același canal în aceeași celulă. Acest lucru înseamnă că nu este nevoie de a compensa pentru exploziile de semnal care apar datorită propagării multicale a undelor radio, iar acestea pot fi utilizate pentru a crește rata de date de difuzare prin utilizarea mecanismelor de adaptare și programare pentru canalele de comunicare.

Datele releului

Aproape orice sistem de comunicații și rețelele LTE din Ucraina nu fac excepție, din când în când face greșeli în procesul de transfer de date, de exemplu, datorită semnalului de atenuare, zgomotului sau zgomotului. Protecția împotriva erorilor este asigurată prin metode de retransmisie a informațiilor pierdute sau distorsionate destinate să garanteze furnizarea de comunicații de înaltă calitate. Resursa radio este folosită mult mai rațional dacă protocolul releu de date este organizat eficient. Pentru a maximiza utilizarea interfeței de aer de mare viteză, tehnologia LTE are un sistem de releu de date pe două nivele, dinamic eficient, care implementează ARQ hibrid. Se caracterizează printr-o mică sumă necesară pentru a furniza feedback și pentru a retransmite date, completată de un protocol de repetare selectivă a unui grad înalt de fiabilitate.

Protocolul HARQ furnizează dispozitivului de recepție informații redundante, care îi permit să corecteze orice eroare specifică. Reluarea HARQ are ca rezultat generarea de redundanță a informației suplimentare, care poate fi necesară dacă retransmiterea insuficientă este suficientă pentru a elimina erorile. Retransmiterea pachetelor care nu au fost patch-date de protocolul HARQ se efectuează utilizând protocolul ARQ. Rețelele LTE de pe iPhone funcționează în conformitate cu principiile descrise mai sus.

Această soluție face posibilă garantarea pachetele minime de difuzare întârziere cu transport scăzută, și fiabilitatea de comunicare cu garantată. protocolul HARQ permite să detecteze și să corecteze cele mai multe erori, ceea ce duce la o utilizare destul de rar de protocol ARQ, deoarece acesta este asociat cu deasupra capului considerabile, precum și cu o creștere a latenței de pachete de difuzare.

Stația de bază este nodul final care acceptă ambele protocoale, asigurând o legătură strânsă între nivelurile celor două protocoale. Printre diferitele avantaje ale unei astfel de arhitecturi se numără viteza mare de eliminare a erorilor, care a rămas după operația HARQ, precum și cantitatea reglabilă de informații transmise prin intermediul protocolului ARQ.

Interfața de aer LTE are performanțe ridicate, datorită componentelor sale principale. Flexibilitatea utilizării unui spectru radio face posibilă utilizarea acestei interfețe radio pentru orice resursă de frecvență disponibilă. Tehnologia LTE oferă o serie de funcții care asigură o aplicare eficientă a condițiilor de comunicare în continuă schimbare. În funcție de starea canalului, funcția de expediere oferă cele mai bune resurse utilizatorilor. Utilizarea tehnologiilor cu mai multe antene conduce la o scădere a decolorării semnalelor și, cu ajutorul mecanismelor de adaptare a canalelor, este posibilă utilizarea metodelor de codare și modulare a semnalului, care asigură o calitate optimă a comunicațiilor în condiții specifice.