LTE мрежи - какво е това? Режим, структура и принцип на работа на LTE мрежата

Мрежата LTE беше одобрена наскоро от консорциума 3GPP. Чрез използването на такъв радиовълнов интерфейс е възможно да се получи мрежа с безпрецедентни оперативни параметри по отношение на максималната скорост, с която се предават данните, времето за забавяне за предаване на пакети и спектралната ефективност. Авторите твърдят, че стартирането на мрежата LTE позволява по-гъвкаво използване на радиочестотния спектър, технологията за много антени, адаптирането на каналите, диспечерските механизми, организацията на препредаването на данни и контрола на мощността.

праистория

Мобилният широколентов достъп, който се основава на технологията за предаване на пакети данни с висока скорост съгласно стандарта HSPA, вече е широко разпознат от потребителите на клетъчни мрежи. Необходимо е обаче да продължи да се подобрява тяхната услуга, например чрез увеличаване на скоростта на предаване на данни, свеждане до минимум на времето за забавяне, както и увеличаване на общия капацитет на мрежата, тъй като изискванията на потребителите за услугите на такава комуникация непрекъснато се увеличават. С това се имаше предвид, че спецификацията на радиосъобщенията HSPA Evolution и LTE от консорциума 3GPP е направена.

Основни различия от предишните версии

LTE стандарт мрежа се различава от по-рано, разработен 3G система подобрени характеристики, включително максималната скорост, с която прехвърлянето на информация - над 300 мегабита в секунда закъснение трансфер пакет няма да надвишава 10 милисекунди и спектралната ефективност е много по-висока. Изграждането на LTE мрежи може да се извърши както в нови честотни ленти, така и в оператори, които вече са налични.

Този радио интерфейс е позициониран като решение, на което операторите постепенно ще се преместят от стандартните системи, които съществуват в момента, това е 3GPP и 3GPP2. Развитието на този интерфейс е доста важна стъпка в начина на формиране на стандарта за IMT-Advanced 4G мрежи, т.е. ново поколение. Всъщност LTE спецификацията вече съдържа повечето от функциите, които първоначално са предназначени за 4G системи.

Принцип на организация на радио интерфейса

Радиокомуникацията има характеристика, която е, че радио каналът за качество не е постоянен във времето и пространството, но зависи от честотата. Тук е необходимо да се каже, че параметрите на комуникацията се променят относително бързо в резултат на разпространяването на радиовълни в няколко посоки. За да се поддържа постоянна скорост на обмен на информация по радио канал, често се използват редица методи за свеждане до минимум на такива промени, а именно различни методи за предаване на разнообразие. В същото време, по време на предаването на информационни пакети, потребителите не винаги могат да забележат краткосрочни колебания в битрейта. Мрежовият режим LTE приема като основен принцип на радиоуслугите не намаляване, а прилагане на бързи промени в качеството на радиоканала, за да се гарантира най-ефективното използване на наличните радиочестоти по всяко време. Това се прилага в честотните и времеви домейни чрез технологията OFDM за радиовръзка.

LTE мрежово устройство

Каква система е тя, можете да разберете, само като разберете как е организирана. Тя се основава на обичайната OFDM технология, която предполага трансфер на данни на няколко тесни лентови подносители. Използването на последния във връзка с цикличен префикс ви позволява да осъществите връзка въз основа на OFDM-устойчиви във времето дисперсия на параметрите на радио канали, и позволява на практика елиминира нуждата от сложни еквалайзери в приемната страна. Тази ситуация е много полезна за организиране на канал низходящ, като в този случай е възможно да се опрости обработката на приемника на сигнала на основната честота, като по този начин намаляване на разходите за крайно устройство, както и енергията, потребявана от тях. И това става особено важно, когато използвате 4G LTE мрежа заедно с мулти-стрийминг.

Връзката нагоре, където излъчената мощност е значително по-ниска, отколкото в низходящата, изисква задължително включване в работата на енергийно ефективен метод за предаване на информация за увеличаване на покритието, намаляване консумация на енергия приемник, както и разходите за него. Извършените изследвания са довели до това, че сега за LTE канала на връзката нагоре едночестотна технология за предаване на информация във формата OFDM с дисперсията, съответстваща на закона на дискретно Преобразувание на Фурие. Такова решение позволява да се осигури по-малко съотношение на средното и максималното ниво на мощност в сравнение с използването на традиционната модулация, което позволява да се увеличи енергийната ефективност и да се опрости изграждането на крайни устройства.

Базовият ресурс, използван при предаването на информация в съответствие с технологията ODFM, може да бъде демонстриран под формата на мрежа за времева честота, която съответства на набор от OFDM символи и подносещи носители във времевата и честотната област. Режимът LTE в мрежата предполага, че два основни ресурса се използват като основен елемент на предаването на данни, които съответстват на честотната лента от 180 kHz и интервала от време една милисекунда. Широка гама от скорости на данни може да се реализира чрез комбиниране на честотни ресурси, задаване на комуникационни параметри, включително скорост на кодиране и избор на ред за модулация.

Технически спецификации

Ако разгледаме LTE мрежите, какво е това, става ясно след определени обяснения. За да се постигнат високите цели, зададени за радио интерфейса на такава мрежа, нейните разработчици са организирали редица важни точки и функционалности. Всеки от тях ще бъде описан подробно с подробна индикация за ефекта, който имат върху такива важни показатели като капацитета на мрежата, района на радио покритие, времето за забавяне и скоростта на предаване на данни.

Гъвкавост при прилагането на радиочестотния спектър

Законодателните норми, които действат в един или друг географски регион, влияят върху организацията на мобилната комуникация. Това означава, че те предписват радиочестотен спектър, разпределен в различни честотни ленти с некачествени или двойки ленти с различни ширини. Гъвкавостта на използването е едно от най-важните предимства на радиочестотния спектър на LTE, което позволява да се използва в различни ситуации. Архитектурата на LTE позволява не само да работи в различни честотни ленти, но и да използва честотни ленти с различни ширини: от 1,25 до 20 MHz. В допълнение, такава система може да работи в несдвоени и сдвоени честотни ленти, поддържащи съответно дуплекса за време и честота.

Ако говорим за терминални устройства, тогава когато използваме сдвоени честотни ленти, устройството може да работи в двустранен или полудуплексен режим. Вторият режим, при който терминалът получава и предава данни по различно време и при различни честоти, е привлекателен, тъй като значително намалява изискванията, наложени върху характеристиките на дуплексния филтър. Благодарение на това е възможно да се намалят разходите за крайни устройства. Освен това има възможност за въвеждане на сдвоени честотни ленти с леко дуплексно разделяне. Оказва се, че мобилните комуникационни мрежи LTE могат да бъдат организирани почти за всяко разпределение на честотния спектър.

Единственият проблем при разработването на технологията за радиовръзка, който предвижда гъвкаво използване на радиоспектъра, е да направи комуникационните устройства съвместими. За тази цел технологията LTE реализира идентична рамкова структура в случай на използване на честотни ленти с различни ширини и различни режими на дуплекс.

Многоканално предаване на данни

Използването на мулти-антенно излъчване в мобилните комуникационни системи позволява да се подобрят техните технически характеристики, както и да се разширят техните възможности по отношение на поддръжката на абоната. Покритието на мрежата LTE включва използването на два метода за предаване на няколко антени: разположени на разстояние и многонишкови, като особен случай, при който се отличава образуването на тесен радиолент. Разнообразието от информация може да се разглежда като метод за изравняване на нивото на сигнала, което идва от две антени, което позволява да се елиминират дълбоките спадове на нивото на сигналите, получени от всяка антена поотделно.

Възможно е да се разгледа подробно мрежата LTE: какво е и как се използват всички посочени режими? Предаването на разнообразието тук се основава на метода за космическо-честотно кодиране на блокове данни, който се допълва от времево разнообразие с честотно отместване, когато четири антени се използват едновременно. Разпространението на разнообразие обикновено се използва на често срещаните канали в права посока, където функцията за изпращане не може да бъде приложена в зависимост от състоянието, в което се намира комуникационен канал. В този случай предаването на разнообразие може да се използва за прехвърляне на потребителски данни, например VoIP трафик. Поради сравнително ниския интензитет на този трафик, не е възможно да се оправдае допълнителната такса, която е свързана с диспечерската функция, посочена по-горе. Поради разнообразието от предаване на данни, е възможно да се увеличи радиуса на клетката и капацитета на мрежата.

Множествено задвижвано предаване за едновременно предаване на редица информационни потоци над един единствен радио канал включва използването на множество приемателни и предавателни антени, разположени съответно в терминалното устройство и базовата мрежова станция. Това значително увеличава максималната скорост на предаване на данни. Например, ако терминалното устройство е оборудвано с четири антени и достъпно на базовата станция номер, то е реално това е едновременното разпространение на един радиоканал до четири потоци от данни, което позволява да се действително да я направи четири пъти повече трафик.

Ако се използва мрежа с малко натоварване или малки клетки, благодарение на многонишковото предаване ще бъде възможно да се постигне достатъчно висока производителност за радиоканали и да се използват ефикасно радио ресурси. Ако има големи клетки и товар с висока интензивност, тогава качеството на канала няма да позволи използването на предаването в режима за множествено предаване. В този случай качеството на сигнала може да се подобри, като се използват няколко предавателни антени за образуване на тесен лъч за предаване на данни в един поток.

Ако говорим за LTE мрежата - това й дава да се постигне по-голяма ефективност - тогава си струва да се заключи, че за качеството на работа в различни условия на работа, тази технология се прилага адаптивен предаване мулти-поток, който ви позволява постоянно да се промени броят на потоци предавани едновременно, в съответствие с непрекъснато променящите се състояние на комуникационния канал. При добро канално състояние могат да се предават едновременно до 4 потока данни, което позволява скорости на предаване до 300 мегабита в секунда с честотна лента 20 мегахерца.

Ако състоянието на канала не е толкова благоприятно, предаването се извършва в по-малко нишки. При тази ситуация антените могат да се използват за формиране на тесен лъч, което увеличава цялостното качество на приемане, което в крайна сметка води до увеличаване на капацитета на системата и разширяване на обслужваната зона. За да се осигури широко радио покритие или предаване на данни при висока скорост, възможно е да се предаде един поток от данни с тесен лъч или да се използват споделени канали на споделен канал.

Механизмът за адаптиране и изпращане на комуникационния канал

Принципът на експлоатация на мрежите LTE предполага, че диспечирането ще се разбира като разпределение между ползвателите на мрежови ресурси за предаване на данни. Тя осигурява динамично изпращане по низходящи и възходящи канали. LTE мрежи в Русия понастоящем са конфигурирани да балансират комуникационните канали и цялостното представяне на цялата система.

LTE въздушният интерфейс приема изпълнението на диспечерската функция, в зависимост от състоянието на комуникационния канал. Той осигурява предаване на данни при високи скорости, което се постига чрез използване на модулация на висок клас, прехвърляне на допълнителни информационни потоци, намаляване на степента на кодиране на каналите, както и намаляване на броя на повторените излъчвания. За това се включват честотни и времеви ресурси, характеризиращи се с относително добри комуникационни условия. Оказва се, че прехвърлянето на определено количество данни се извършва в по-кратък период от време.

LTE мрежа в Русия, както и в други страни, са изградени така, че услугите на трафик, които са заети от препращане на пакети с малки товари след същия интервал от време, може да доведе до необходимост от увеличаване на обема на сигнализация на движението, което е необходимо за динамичен график. То дори може да надвишава количеството информация, излъчвана от потребителя. Ето защо има такова нещо като статично изпращане на LTE мрежата. Какво е това, става ясно, че ако кажете, че на потребителя е предоставен радиочестотен ресурс, предназначен да предава определен брой подкадри.

Благодарение на механизмите за адаптиране е възможно да се "изстиска всичко възможно" от канала с динамично качество на комуникацията. Той ви позволява да изберете схемата за кодиране и модулация на каналите в зависимост от това, какви комуникационни условия се характеризират с LTE мрежи. Какво ще стане ясно, ако кажете, че неговата работа засяга скоростта на преобразуване на данните, както и вероятността от евентуални грешки в канала.

Мощност в връзката нагоре и нейното регулиране

Този аспект се отнася до управлението на нивото на мощност, излъчвано от терминалите, за да се увеличи капацитета на мрежата, да се подобри качеството на комуникацията, да се увеличи обхватът на радио покритието, да се намали консумацията на енергия. За постигането на тези цели механизмите за регулиране на мощността са склонни да максимизират нивото на полезния входящ сигнал, като същевременно намаляват радиосмущенията.

LTE мрежа "Beeline" и други изявления показват, че сигналите в обратна посока са взаимно перпендикулярни, която е между потребители в една и съща клетка трябва да бъде не взаимна намеса, най-малко, това се отнася за идеални условия за комуникация. Нивото на намеса, създадено от потребителите на съседни клетки, зависи от това къде се намира излъчващият терминал, т.е. от начина, по който неговият сигнал се отслабва по пътя към клетката. Мрежата LTE "Мегафон" е подредена по същия начин. Това ще бъде правилно да се каже: колкото по-близо е терминалът до съседната клетка, толкова по-високо е нивото на намеса, което създава в нея. Терминалите, разположени на по-голямо разстояние от съседната клетка, могат да предават сигнали с по-голяма мощност в сравнение с терминалите, които са в непосредствена близост до нея.

Поради ортогоналността на сигналите, в връзката нагоре е възможно да се мултиплексират сигнали от терминали с различна мощност в същия канал на една и съща клетка. Това означава, че не е необходимо за компенсиране на импулсите на сигнала, които възникват в резултат на многопосочно разпространение на радиовълните, и те могат да бъдат използвани, за да се увеличи скоростта на излъчване на данни с помощта на адаптационните механизми и насрочване на комуникационни канали.

Данни за предаването

Почти всяка комуникационна система и LTE мрежи в Украйна не са изключение, от време на време прави грешки в процеса на предаване на данни, например, поради сигнал избледняване, шум или шум. Защитата на грешките се осигурява чрез методи за препредаване на изгубени или изкривени части от информация, предназначени да гарантират предоставянето на висококачествени комуникации. Радиото ресурс се използва много по-рационално, ако протоколът за предаване на данни е организирано ефективно. За да се постигне максимално използване на високоскоростния въздушен интерфейс, LTE технологията има динамично ефективна двустепенна релейна система, която реализира хибридния ARQ. Тя се характеризира с малка горна граница, необходима за осигуряване на обратна връзка и повторно изпращане на данни, допълнена с протокол за селективно повтаряне на висока степен на надеждност.

Протоколът HARQ осигурява на получаващото устройство излишна информация, която му позволява да коригира всякакви конкретни грешки. HARQ повторното предаване води до генериране на допълнителна информация за резервиране, което може да се изисква, ако недостатъчното препредаване е достатъчно, за да се отстранят грешките. Препредаването на пакети, които не са били защитени от протокола HARQ, се извършва чрез ARQ протокола. LTE мрежи на iPhone работят в съответствие с принципите, описани по-горе.

Това решение ви позволява да гарантирате минималното закъснение при превода на пакети с ниски режийни разходи и надеждността на комуникацията е гарантирана едновременно. HARQ протокол позволява да открива и коригира повечето от грешките, които водят до по-скоро рядко използване на ARQ протокол, тъй като тя е свързана със значителни административни разходи, както и с увеличаване на латентността на пакети радиопредавания.

Базова станция е крайният възел, който поддържа и двата протокола, осигурявайки тясна връзка между нивата на двата протокола. Сред различните предимства на такава архитектура е високата скорост на отстраняване на грешки, която остава след HARQ операцията, както и регулируемото количество информация, предадена чрез ARQ протокола.

Външният интерфейс LTE има висока производителност благодарение на основните му компоненти. Гъвкавостта при използването на радиочестотния спектър позволява използването на този радио интерфейс за всеки наличен честотен ресурс. Технологията LTE осигурява редица функции, които гарантират ефективното прилагане на бързо променящите се условия на комуникация. В зависимост от състоянието на канала, функцията за изпращане дава най-добри ресурси на потребителите. Използването на мулти-антенни технологии води до намаляване на отпадането на сигнала и с помощта на механизми за адаптиране на каналите е възможно да се използват методи за кодиране и модулация на сигнала, които гарантират оптимално качество на комуникацията при определени условия.