Het LTE-netwerk is onlangs goedgekeurd door het 3GPP-consortium. Door een dergelijke luchtinterface te gebruiken, is het mogelijk om een netwerk te verkrijgen met ongekende prestaties in termen van maximale gegevensoverdrachtsnelheid, vertraging bij het doorsturen van pakketten en spectrale efficiëntie. De auteurs zeggen dat de lancering van het LTE-netwerk een flexibeler gebruik van het radiospectrum, multi-antennetechnologie, kanaalaanpassing, planningsmechanismen, organisatie van gegevensdoorgifte en vermogensregeling mogelijk maakt.
Achtergrondverhaal
Mobiele breedband, die is gebaseerd op HSPA high-speed packet-gegevenstechnologie, is al algemeen geaccepteerd door gebruikers van mobiele netwerken. Het is echter noodzakelijk om hun service verder te verbeteren, bijvoorbeeld door een verhoging van de snelheid van de gegevensoverdracht, een minimalisering van de vertragingstijd en een verhoging van de totale netwerkcapaciteit, aangezien de eisen van gebruikers aandiensten van dergelijke communicatie nemen voortdurend toe. Het was voor dit doel dat de specificatie van de HSPA Evolution- en LTE-radio-interfaces werd gemaakt door het 3GPP-consortium.
Belangrijkste verschillen met eerdere versies
Het LTE-netwerk verschilt van het eerder ontwikkelde 3G-systeem door verbeterde technische kenmerken, waaronder de maximale gegevensoverdrachtsnelheid van meer dan 300 megabits per seconde, de vertraging van het doorsturen van pakketten niet meer dan 10 milliseconden en de spectrale efficiëntie is veel hoger. De aanleg van LTE-netwerken kan zowel in nieuwe frequentiebanden als in bestaande operators worden uitgevoerd.
Deze radio-interface is gepositioneerd als een oplossing waarnaar operators geleidelijk zullen overschakelen van de standaardsystemen die momenteel bestaan, dit zijn 3GPP en 3GPP2. En de ontwikkeling van deze interface is een vrij belangrijke fase op weg naar de vorming van de IMT-Advanced 4G-netwerkstandaard, dat wil zeggen een nieuwe generatie. In feite bevat de LTE-specificatie al de meeste functies die oorspronkelijk bedoeld waren voor 4G-systemen.
Het principe van de organisatie van de radio-interface
Radiocommunicatie heeft als kenmerk dat de kwaliteit van het radiokanaal niet constant is in tijd en ruimte, maar afhankelijk is van de frequentie. Hier moet worden vermeld dat de communicatieparameters relatief snel veranderen als gevolg van de multipad-voortplanting van radiogolven. Om een constante snelheid van informatie-uitwisseling over het radiokanaal te behouden, worden gewoonlijk een aantal methoden gebruikt om te minimaliseren:soortgelijke veranderingen, namelijk verschillende transmissiediversiteitsmethoden. Tegelijkertijd kunnen gebruikers tijdens het verzenden van informatiepakketten niet altijd kortetermijnschommelingen in de bitsnelheid opmerken. De LTE-netwerkmodus gaat er als basisprincipe van radiotoegang uit van het niet verminderen, maar toepassen van snelle veranderingen in de kwaliteit van het radiokanaal om het meest efficiënte gebruik van de radiobronnen die op elk moment beschikbaar zijn te garanderen. Dit wordt geïmplementeerd in de frequentie- en tijddomeinen via OFDM-radiotoegangstechnologie.
LTE-netwerkapparaat
Wat voor soort systeem het is, kan alleen worden begrepen door te begrijpen hoe het is georganiseerd. Het is gebaseerd op de conventionele OFDM-technologie, waarbij gegevens over verschillende smalbandige hulpdraaggolven worden verzonden. Het gebruik van de laatste in combinatie met een cyclisch voorvoegsel maakt het mogelijk om OFDM-gebaseerde communicatie bestand te maken tegen tijdspreiding van de radiokanaalparameters, en maakt het ook mogelijk om de noodzaak van complexe equalizers aan de ontvangende kant praktisch te elimineren. Deze omstandigheid blijkt erg handig te zijn voor het organiseren van een downlink, omdat het in dit geval mogelijk is om de verwerking van signalen door de ontvanger op de hoofdfrequentie te vereenvoudigen, wat het mogelijk maakt om ook de kosten van het eindapparaat zelf te verlagen als de stroom die erdoor wordt verbruikt. En dit wordt vooral belangrijk bij het gebruik van een 4G LTE-netwerk in combinatie met multi-streaming.
De uplink, waar het uitgestraalde vermogen aanzienlijk lager is dan in de downlink, vereist verplichte opname in het werkeen energie-efficiënte methode van informatieoverdracht om het dekkingsgebied te vergroten, het stroomverbruik van het ontvangende apparaat te verminderen, evenals de kosten ervan. De uitgevoerde onderzoeken hebben ertoe geleid dat nu voor de uplink LTE een technologie met één frequentie wordt gebruikt voor het uitzenden van informatie in de vorm van OFDM met een spreiding die overeenkomt met de discrete Fourier-transformatiewet. Deze oplossing biedt een lagere verhouding tussen gemiddelde en maximale vermogensniveaus in vergelijking met conventionele modulatie, wat de energie-efficiëntie verbetert en het ontwerp van eindapparatuur vereenvoudigt.
De basisbron die wordt gebruikt bij de overdracht van informatie in overeenstemming met ODFM-technologie kan worden weergegeven als een tijdfrequentienetwerk dat overeenkomt met de OFDM-symbolenset en subdragers in de tijd- en frequentiedomeinen. De LTE-netwerkmodus gaat ervan uit dat hier twee resourceblokken worden gebruikt als het belangrijkste element van de gegevensoverdracht, die overeenkomen met een frequentieband van 180 kilohertz en een tijdsinterval van één milliseconde. Een breed scala aan datasnelheden kan worden gerealiseerd door frequentiebronnen te combineren, communicatieparameters in te stellen, waaronder codesnelheid en selectie van modulatievolgorde.
Specificaties
Als we LTE-netwerken beschouwen, zal na bepaalde uitleg duidelijk worden wat het is. Om de hoge doelstellingen voor de radio-interface van een dergelijk netwerk te bereiken, organiseerden de ontwikkelaars een aantal nogal belangrijkemomenten en functionaliteit. Elk van hen zal hieronder worden beschreven, met een gedetailleerde indicatie van hoe ze belangrijke indicatoren beïnvloeden, zoals netwerkcapaciteit, radiodekking, vertragingstijd en gegevensoverdrachtsnelheid.
Flexibiliteit in het gebruik van het radiospectrum
Wetsnormen die in een bepaalde geografische regio gelden, zijn van invloed op de manier waarop mobiele communicatie wordt georganiseerd. Dat wil zeggen, ze schrijven het radiospectrum voor dat in verschillende frequentiebereiken is toegewezen door ongepaarde of gepaarde banden van verschillende breedtes. Flexibiliteit in gebruik is een van de belangrijkste voordelen van het LTE-radiospectrum, waardoor het in verschillende situaties kan worden gebruikt. De architectuur van het LTE-netwerk maakt het niet alleen mogelijk om in verschillende frequentiebanden te werken, maar ook om frequentiebanden met verschillende breedtes te gebruiken: van 1,25 tot 20 megahertz. Bovendien kan een dergelijk systeem werken in ongepaarde en gepaarde frequentiebanden, waarbij het respectievelijk tijd- en frequentieduplex ondersteunt.
Als we het hebben over eindapparaten, dan kan het apparaat bij gebruik van gepaarde frequentiebanden in full-duplex- of half-duplex-modus werken. De tweede modus, waarin de terminal gegevens op verschillende tijdstippen en op verschillende frequenties ontvangt en verzendt, is aantrekkelijk omdat het de vereisten voor de kenmerken van het duplexfilter aanzienlijk vermindert. Hierdoor is het mogelijk om de kosten van eindapparatuur te verlagen. Bovendien wordt het mogelijk om gepaarde frequentiebanden met een lage duplexafstand te introduceren. Het blijkt dat netwerkenLTE mobiele communicatie kan worden georganiseerd in bijna elke distributie van het frequentiespectrum.
De enige uitdaging bij het ontwikkelen van een radiotoegangstechnologie die flexibel gebruik van het radiospectrum mogelijk maakt, is het compatibel maken van communicatieapparatuur. Hiertoe implementeert de LTE-technologie een identieke framestructuur in het geval van het gebruik van frequentiebanden van verschillende breedtes en verschillende duplexmodi.
Multi-antenne datatransmissie
Het gebruik van multi-antenne-uitzendingen in mobiele communicatiesystemen maakt het mogelijk hun technische kenmerken te verbeteren en hun mogelijkheden op het gebied van abonneeservice uit te breiden. LTE-netwerkdekking omvat het gebruik van twee methoden van multi-antennetransmissie: diversiteit en multi-stream, met als een speciaal geval de vorming van een smalle radiostraal. Diversiteit kan worden gezien als een manier om het niveau van het signaal dat van twee antennes komt gelijk te maken, waardoor u diepe dips in het niveau van signalen die van elke antenne afzonderlijk worden ontvangen, kunt elimineren.
Laten we het LTE-netwerk eens nader bekijken: wat is het en hoe gebruikt het al deze modi? Transmissiediversiteit is hier gebaseerd op de methode van ruimte-frequentiecodering van datablokken, die wordt aangevuld door tijddiversiteit met een frequentieverschuiving bij gelijktijdig gebruik van vier antennes. Diversiteit wordt meestal gebruikt op algemene downlinks waar de planningsfunctie niet kan worden toegepast, afhankelijk van de status van de link. Waarinverzend diversiteit kan worden gebruikt om gebruikersgegevens, zoals VoIP-verkeer, te verzenden. Vanwege de relatief lage intensiteit van dergelijk verkeer is de extra overhead die met de eerder genoemde planningsfunctie gepaard gaat niet te rechtvaardigen. Met datadiversiteit is het mogelijk om de straal van cellen en netwerkcapaciteit te vergroten.
Multistream-transmissie voor gelijktijdige verzending van een aantal informatiestromen via één radiokanaal omvat het gebruik van verschillende ontvangst- en zendantennes die zich respectievelijk in het eindapparaat en het basisnetwerkstation bevinden. Dit verhoogt de maximale snelheid van gegevensoverdracht aanzienlijk. Als het eindapparaat bijvoorbeeld is uitgerust met vier antennes en een dergelijk nummer is beschikbaar op het basisstation, dan is het heel goed mogelijk om tegelijkertijd maximaal vier datastromen over één radiokanaal te verzenden, wat het in feite mogelijk maakt om de doorvoer te verviervoudigen.
Als je een netwerk gebruikt met een kleine werklast of kleine cellen, dan kun je dankzij multi-streaming een voldoende hoge doorvoer voor radiokanalen bereiken en radiobronnen efficiënt gebruiken. Als er grote cellen zijn en een hoge belasting, zal de kanaalkwaliteit geen multistream-transmissie toestaan. In dit geval kan de signaalkwaliteit worden verbeterd door meerdere zendantennes te gebruiken om een smalle straal te vormen voor het verzenden van gegevens in één stroom.
Als we overwegenLTE-netwerk - wat dit geeft om meer efficiëntie te bereiken - dan is het de moeite waard om te concluderen dat deze technologie voor hoogwaardig werk onder verschillende bedrijfsomstandigheden adaptieve multi-stream-transmissie implementeert, waarmee u het aantal gelijktijdig verzonden streams constant kunt aanpassen, in overeenstemming met de constant veranderende kanaalstatusverbindingen. Met goede verbindingsvoorwaarden kunnen tot vier datastromen tegelijkertijd worden verzonden, waardoor transmissiesnelheden tot 300 megabits per seconde met een bandbreedte van 20 megahertz worden bereikt.
Als de kanaalconditie niet zo gunstig is, wordt de transmissie gemaakt door minder streams. In deze situatie kunnen antennes worden gebruikt om een smalle bundel te vormen, waardoor de algehele ontvangstkwaliteit verbetert, wat uiteindelijk leidt tot een toename van de systeemcapaciteit en een uitbreiding van het servicegebied. Om grote radiodekkingsgebieden of gegevensoverdracht met hoge snelheid te bieden, kunt u een enkele gegevensstroom met een smalle straal verzenden of gegevensdiversiteit gebruiken op gemeenschappelijke kanalen.
Mechanisme voor aanpassing en verzending van het communicatiekanaal
Het werkingsprincipe van LTE-netwerken gaat ervan uit dat planning de verdeling van netwerkbronnen tussen gebruikers voor gegevensoverdracht betekent. Dit zorgt voor dynamische planning in de stroomafwaartse en stroomopwaartse kanalen. LTE-netwerken in Rusland zijn momenteel zo geconfigureerd dat communicatiekanalen en het algemeen in evenwicht zijnalgemene systeemprestaties.
De LTE-radio-interface gaat uit van de implementatie van de planningsfunctie, afhankelijk van de status van het communicatiekanaal. Het biedt datatransmissie met hoge snelheden, wat wordt bereikt door het gebruik van modulatie van hoge orde, de transmissie van aanvullende informatiestromen, een afname van de mate van kanaalcodering en een afname van het aantal hertransmissies. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van frequentie- en tijdbronnen, die worden gekenmerkt door relatief goede communicatievoorwaarden. Het blijkt dat de overdracht van een bepaalde hoeveelheid gegevens in een kortere tijdsperiode wordt gedaan.
LTE-netwerken in Rusland, net als in andere landen, zijn zo gebouwd dat het verkeer van diensten die bezig zijn met het doorsturen van pakketten met een kleine payload na dezelfde tijdsintervallen een toename van de hoeveelheid signaleringsverkeer noodzakelijk kan maken die nodig is voor dynamische planning. Het kan zelfs de hoeveelheid informatie overschrijden die door de gebruiker wordt uitgezonden. Daarom bestaat er zoiets als statische planning van het LTE-netwerk. Wat dit is, wordt duidelijk als we zeggen dat de gebruiker een RF-bron krijgt toegewezen die is ontworpen om een bepaald aantal subframes te verzenden.
Dankzij aanpassingsmechanismen is het mogelijk om "alles mogelijk te persen" uit een kanaal met dynamische linkkwaliteit. Hiermee kunt u een kanaalcodering en modulatieschema selecteren in overeenstemming met de communicatievoorwaarden die worden gekenmerkt door LTE-netwerken. Wat dit is, wordt duidelijk als we zeggen dat zijn werk van invloed is opop de snelheid van gegevensoverdracht, evenals op de kans op fouten in het kanaal.
Uplink-vermogen en -regeling
Dit aspect gaat over het regelen van het vermogen dat door de terminals wordt uitgestraald om de netwerkcapaciteit te vergroten, de communicatiekwaliteit te verbeteren, het radiodekkingsgebied groter te maken en het stroomverbruik te verminderen. Om deze doelen te bereiken, streven vermogensregelingsmechanismen ernaar om het niveau van een bruikbaar binnenkomend signaal te maximaliseren en tegelijkertijd radio-interferentie te verminderen.
LTE-netwerken van Beeline en andere operators gaan ervan uit dat de uplinksignalen orthogonaal blijven, dat wil zeggen dat er geen wederzijdse radio-interferentie mag zijn tussen gebruikers van dezelfde cel, althans voor ideale communicatieomstandigheden. Het interferentieniveau dat wordt gecreëerd door gebruikers van naburige cellen hangt af van waar de emitterende terminal zich bevindt, dat wil zeggen van hoe het signaal ervan verzwakt op weg naar de cel. Het Megafon LTE-netwerk is op precies dezelfde manier ingericht. Het zou juist zijn om dit te zeggen: hoe dichter de terminal bij een naburige cel is, hoe hoger het interferentieniveau dat erin wordt gecreëerd. Terminals die verder van een naburige cel verwijderd zijn, kunnen sterkere signalen uitzenden dan terminals die er dichtbij staan.
Vanwege de orthogonaliteit van de signalen kan de uplink signalen van terminals van verschillende sterkte in één kanaal op dezelfde cel multiplexen. Dit betekent dat het niet nodig is om pieken in het signaalniveau te compenseren,die ontstaan als gevolg van de multipath-voortplanting van radiogolven, en u kunt ze gebruiken om de snelheid van gegevensoverdracht te verhogen met behulp van de mechanismen van aanpassing en planning van communicatiekanalen.
Gegevensrelais
Bijna elk communicatiesysteem en LTE-netwerken in Oekraïne zijn geen uitzondering, maken van tijd tot tijd fouten in het proces van gegevensoverdracht, bijvoorbeeld door signaalvervaging, interferentie of ruis. Foutbeveiliging wordt geboden door methoden voor het opnieuw verzenden van verloren of beschadigde stukjes informatie, ontworpen om communicatie van hoge kwaliteit te garanderen. De radiobron wordt veel rationeler gebruikt als het datarelaisprotocol efficiënt is georganiseerd. Om het maximale uit de snelle luchtinterface te halen, heeft de LTE-technologie een dynamisch efficiënt tweelaags datarelaissysteem dat Hybrid ARQ implementeert. Het biedt de lage overhead die nodig is om feedback te geven en gegevens opnieuw te verzenden, compleet met een zeer betrouwbaar protocol voor selectief opnieuw proberen.
Het HARQ-protocol voorziet het ontvangende apparaat van redundante informatie, waardoor het eventuele specifieke fouten kan corrigeren. Hertransmissie via het HARQ-protocol leidt tot de vorming van extra informatieredundantie, die nodig kan zijn wanneer hertransmissie niet voldoende was om fouten te elimineren. Hertransmissie van pakketten die niet zijn gecorrigeerd door het HARQ-protocol wordt uitgevoerd met:met behulp van het ARQ-protocol. LTE-netwerken op iPhone werken volgens de bovenstaande principes.
Met deze oplossing kunt u de minimale vertraging van pakketvertaling garanderen met een lage overhead, terwijl de betrouwbaarheid van de communicatie is gegarandeerd. Met het HARQ-protocol kunt u de meeste fouten detecteren en corrigeren, wat leidt tot een vrij zeldzaam gebruik van het ARQ-protocol, omdat dit gepaard gaat met aanzienlijke overhead, evenals een toename van de vertragingstijd tijdens pakketvertaling.
Het basisstation is een eindknooppunt dat beide protocollen ondersteunt en zorgt voor een hechte verbinding tussen de lagen van de twee protocollen. Een van de verschillende voordelen van een dergelijke architectuur zijn de hoge snelheid waarmee fouten worden geëlimineerd die overbleven na de werking van HARQ, evenals de instelbare hoeveelheid informatie die wordt verzonden met behulp van het ARQ-protocol.
LTE-radio-interface heeft hoge prestaties vanwege de belangrijkste componenten. De flexibiliteit van het gebruik van het radiospectrum maakt het mogelijk om deze radio-interface te gebruiken met elke beschikbare frequentiebron. LTE-technologie biedt een aantal functies die een efficiënt gebruik van snel veranderende communicatieomstandigheden mogelijk maken. Afhankelijk van de status van de koppeling, geeft de planningsfunctie de beste bronnen aan de gebruikers. Het gebruik van multi-antennetechnologieën leidt tot een vermindering van signaalvervaging en met behulp van kanaalaanpassingsmechanismen is het mogelijk om coderings- en signaalmodulatiemethoden te gebruiken die onder specifieke omstandigheden een optimale communicatiekwaliteit garanderen.
