Учебное пособие. Lte, lte advanced, lte advanced pro
 Скачать 2.75 Mb.
|
ВведениеВ настоящее время человек все больше нуждается в широкополосном доступе, обеспечивающем высокие скорости, поэтому развитие технологий не стоит на месте. Стоит отметить тот факт, что каждое из новых поколений имеет связь с предыдущим. Так, на данный момент, несмотря на появление 5G, все операторы связи в большинстве используют стандарты четвертого поколения. Данные, отражающие этот факт представлены на диаграмме ниже. Информация предоставлена из отчета Ericsson and GSA на октябрь 2020 года. [1] Рисунок 1 LTE (Long Term Evolution или долгосрочная эволюция) по определению консорциума 3GPP – это новейший стандарт для беспроводной мобильной связи 4-го поколения (4G). В свою очередь 4G – это не просто улучшение сети 3-го поколения, а совершенно иной подход, отличительные черты которого: Переход от множественного доступа с кодовым разделением CDMA (Code Division Multiple Access) к частотному разделению каналов OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing Access) и SC-FDMA (Single-Carrier Frequency Division Multiple Access); Переход от коммутации каналов на технологии IP (Internet Protocol) – коммутацию пакетов. В отличие от предыдущих поколений, стандарт LTE изначально предназначался только для пакетной передачи данных. Однако, по мере развития технологии стала доступной цифровая передача голоса — за это ответственна технология VoLTE (Voice over LTE), которая работает только в том случае, если оба устройства, принимающее и выполняющее вызов, его поддерживают. [2] Данное учебное пособие разработано с целью ознакомления студентов со стандартами LTE. В нем рассмотрено развитие семейств стандартов: LTE, LTE Advanced, LTE Advanced Pro, истории их появления, технические характеристики и перспективы. История релизовВечно растущая потребность пользователей в более скоростном интернет-соединении является основной мотивацией для развития коммуникационных систем. Поэтому в 2004 году японская компания NTT DOCMO предлагает LTE как международный стандарт связи. Первоначальной задачей был выбор технологии, способной удовлетворить нужды потребителей: обеспечить высокую скорость передачи данных. Имелось два основных варианта: развитие радиоинтерфейса W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access), т.е. технологии прошлого поколения или создание нового радиоинтерфейса на основе технологии OFDM (подробнее в главе Радиоинтерфейс). Через несколько лет, на основе OFDM была создана первая спецификация на радиоинтерфейс Evolved UMTS Terrestrial Radio Access (E-UTRA). В октябре 2005 года компанией ITU-R WP 8F была начата разработка стандарта связи International Mobile Telecommunications (IMT) Advanced также известного, как 4G. Как следует из названия, он должен будет являться улучшенной версией IMT (с англ. advanced – улучшенный). Результатом работы должен стать набор требований к скорости передачи, мощности, надежности и так далее, который позволит включить определенные технологии в набор стандартов IMT-Advanced. Как правило, разработка новых стандартов позволяет выделять на них отдельные частотные полосы для увеличения пропускной способности. На официальном съезде комитета 3GPP 2008 года, учредили стандарт LTE. Затем работа над LTE была поделена на два этапа: первый – работа над завершением первого стандарта LTE (Release 8), вторая – адаптация LTE к требованиям 4G при помощи новой технологии LTE Advanced (Release 10). Наконец в декабре этого же года была утверждена спецификация Release 8, в которой были окончательно зафиксированы архитектурные и функциональные требования к LTE. LTE Advanced, как сказано выше, должен соответствовать требованиям к 4G, поэтому при работе над ним, стояла задача расширить полосу частот, агрегацию спектра, расширить возможности многоантенной передачи данных MIMO (Multiple Input Multiple Output) и некоторые другие улучшения, что и было сделано к утверждению Release 10. Release 8 [3]Технические требования В 2009 году был официально утвержден Release 8, в котором были сформулированы требования, которым обязаны отвечать E-UTRA сети. Основные требования: Система должна поддерживать пиковую скорость передачи данных 100 Мбит/с в нисходящем и 50 Мбит/с в восходящем в 20 МГц или, что эквивалентно, спектральные значения эффективности 5 бит/сек/Гц и 2,5 бит/с/ Гц, соответственно. Усредненная пропускная способность для каждого пользователя должна быть от 3 до 4 раз выше, чем в Release 6 (выше 14.4 Мбит/с) в нисходящем канале, и от 2 до 3 раз в восходящем канале (выше 5.7 Мбит/с). Спектральная эффективность загруженной сети в 3-4 раза выше относительно Release 6 (выше 1-3 бит/с/Гц) в нисходящем канале и в 2-3 раза выше в восходящем. Скорость перемещения мобильной станции не больше 350 км/ч. Спектральная гибкость, без пересечений с сигналами более старых технологий. Уменьшение общей сложности и стоимости технологии. Новые технологии Одно из самых важных нововведений, возможное благодаря использованию сети радиодоступа E-UTRAN, это выполнение всех операций происходит на основе передачи пакетов. Для минимизации количества узлов была выбрана одноузловая архитектура. На замену старой базовой станции Node B пришли eNB (Evolved Node B). Базовый станции eNB имеют все необходимое для реализации требований представленных к LTE. Изменения постигли и ядро сети. В отличии от ядер сети прошлых поколений, новое - покрывало только пакетную область, что отразилось и в названии технологии: EPC (Evolved Packet Core). EPC продолжает работать на уменьшение узлов путем деления потоков данных на плоскости данных и управляющие плоскости, для каждой из которых определяется конкретный узел и шлюз. Ядро состоит из нескольких действующих частей: MME (Mobility Management Entity – узел управления мобильностью), SGW (Serving Gateway – служебный шлюз), PDN Gateway (Packet Data Network – шлюз пакетной передачи данных), PCRF (Policy and Charging Rules Function – контроль тарифов и решений IP Multimedia Subsystem). Визуализация представлена на рисунке 5 «Архитектура EPC» в главе Общая архитектура LTE/LTE ADVANCED. Крайне важным нововведением также является схема модуляции OFDM. Она основана на применении обратного быстрого преобразования Фурье и использует большое количество близкорасположенных ортогональных поднесущих. Огромным преимуществом схемы с множеством поднесущих над схемой с одной несущей является способность противостоять сложным условиям в канале. В том числе бороться с узкополосными помехами и затуханием сигнала. Также низкая символьная скорость позволяет использовать циклический префикс, выступающий в роли защитного интервала. Это позволяет справляться с временным рассеиванием и устранять межсимвольную интерференцию (подробнее в главе Радиоинтерфейс). Были расширены возможности технологии MIMO. Технология представляет из себя многоантенную передачу. В нисходящих каналах поддерживается 1, 2 или 4 антенны на прием и передачу. В целом MIMO позволяет увеличить пропускную способность, путем создания нескольких параллельных каналов (подробнее в главе MIMO). По данным спецификаций 3GPP составлена таблица зависимости пиковой пропускной способности на обоих каналах от характеристик LTE в зависимости от категории UE (User Equipment). Таблица 1. Максимальная пропускная способность (UL – Up Link; DL – Down Link; QPSK – Quadrature Phase Shift Keying; QAM – Quadrature Amplitude Modulation)
Требования к технической производительности LTE, представленные в данном релизе можно рассмотреть на таблице 2. Таблица 2. Требования к LTE
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||