Das LTE-Netz wurde kürzlich vom 3GPP-Konsortium genehmigt. Durch die Verwendung einer solchen Luftschnittstelle ist es möglich, ein Netzwerk mit beispielloser Leistung in Bezug auf maximale Datenübertragungsrate, Paketweiterleitungsverzögerung und spektrale Effizienz zu erh alten. Die Autoren sagen, dass der Start des LTE-Netzes eine flexiblere Nutzung des Funkspektrums, Mehrantennentechnologie, Kanalanpassung, Planungsmechanismen, Organisation der Datenübertragung und Leistungssteuerung ermöglicht.
Vorgeschichte
Mobiles Breitband, das auf der Hochgeschwindigkeits-Paketdatentechnologie HSPA basiert, hat sich bei den Benutzern von Mobilfunknetzen bereits weitgehend durchgesetzt. Allerdings ist es notwendig, ihren Dienst weiter zu verbessern, beispielsweise durch eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Datenübertragung, eine Minimierung der Verzögerungszeit sowie eine Erhöhung der gesamten Netzwerkkapazität, da die Anforderungen der Benutzer anDienstleistungen einer solchen Kommunikation nehmen ständig zu. Zu diesem Zweck wurde die Spezifikation der Funkschnittstellen HSPA Evolution und LTE vom 3GPP-Konsortium vorgenommen.
Hauptunterschiede zu früheren Versionen
Das LTE-Netz unterscheidet sich vom zuvor entwickelten 3G-System durch verbesserte technische Eigenschaften, darunter die maximale Datenübertragungsrate von mehr als 300 Megabit pro Sekunde, die Paketweiterleitungsverzögerung von nicht mehr als 10 Millisekunden und die spektrale Effizienz viel höher. Der Aufbau von LTE-Netzen kann sowohl in neuen Frequenzbändern als auch bei bestehenden Betreibern erfolgen.
Diese Funkschnittstelle ist als Lösung positioniert, auf die die Betreiber schrittweise von den derzeit bestehenden Standardsystemen umsteigen werden, nämlich 3GPP und 3GPP2. Und die Entwicklung dieser Schnittstelle ist eine ziemlich wichtige Etappe auf dem Weg zur Bildung des IMT-Advanced 4G-Netzwerkstandards, dh einer neuen Generation. Tatsächlich enthält die LTE-Spezifikation bereits die meisten Funktionen, die ursprünglich für 4G-Systeme vorgesehen waren.
Das Organisationsprinzip der Funkschnittstelle
Der Funkverkehr hat ein charakteristisches Merkmal, nämlich dass die Qualität des Funkkanals nicht zeitlich und räumlich konstant ist, sondern von der Frequenz abhängt. Hierbei ist anzumerken, dass sich die Kommunikationsparameter durch die Mehrwegeausbreitung von Funkwellen relativ schnell ändern. Um eine konstante Informationsaustauschrate über den Funkkanal aufrechtzuerh alten, wird üblicherweise eine Reihe von Verfahren zur Minimierung verwendetähnliche Änderungen, nämlich unterschiedliche Übertragungs-Diversity-Verfahren. Gleichzeitig können Benutzer bei der Übertragung von Informationspaketen kurzfristige Schwankungen der Bitrate nicht immer bemerken. Der LTE-Netzmodus setzt als Grundprinzip des Funkzugangs voraus, dass die Qualität des Funkkanals nicht reduziert, sondern schnell geändert wird, um die jeweils effizienteste Nutzung der verfügbaren Funkressourcen sicherzustellen. Dies wird im Frequenz- und Zeitbereich durch die OFDM-Funkzugangstechnologie implementiert.
LTE-Netzwerkgerät
Was für ein System es ist, kann nur verstanden werden, wenn man versteht, wie es organisiert ist. Es basiert auf der herkömmlichen OFDM-Technologie, bei der Daten über mehrere schmalbandige Unterträger übertragen werden. Die Verwendung des letzteren in Kombination mit einem zyklischen Präfix ermöglicht es, die OFDM-basierte Kommunikation widerstandsfähig gegen zeitliche Streuungen der Funkkanalparameter zu machen, und ermöglicht es auch, die Notwendigkeit komplexer Entzerrer auf der Empfangsseite praktisch zu eliminieren. Dieser Umstand erweist sich für die Organisation eines Downlinks als sehr nützlich, da in diesem Fall die Verarbeitung von Signalen durch den Empfänger auf der Hauptfrequenz vereinfacht werden kann, wodurch auch die Kosten des Endgeräts selbst reduziert werden können wie die von ihm verbrauchte Leistung. Und dies wird besonders wichtig, wenn das 4G-LTE-Netzwerk zusammen mit Multi-Streaming verwendet wird.
Der Uplink, bei dem die abgestrahlte Leistung deutlich geringer ist als im Downlink, erfordert eine zwingende Einbeziehung in die Arbeiteneine energieeffiziente Methode der Informationsübertragung, um den Abdeckungsbereich zu vergrößern, den Stromverbrauch des Empfangsgeräts sowie seine Kosten zu reduzieren. Die durchgeführten Studien haben dazu geführt, dass nun für den Uplink LTE eine Single-Frequency-Technologie zur Übertragung von Informationen in Form von OFDM mit einer dem Gesetz der diskreten Fourier-Transformation entsprechenden Dispersion verwendet wird. Diese Lösung bietet im Vergleich zur herkömmlichen Modulation ein geringeres Verhältnis von durchschnittlicher und maximaler Leistung, was die Energieeffizienz verbessert und das Design von Endgeräten vereinfacht.
Die grundlegende Ressource, die bei der Übertragung von Informationen gemäß der ODFM-Technologie verwendet wird, kann als Zeit-Frequenz-Netzwerk, das dem OFDM-Symbolsatz entspricht, und Unterträgern in den Zeit- und Frequenzbereichen dargestellt werden. Der Netzwerkmodus LTE geht davon aus, dass hier als Hauptelement der Datenübertragung zwei Ressourcenblöcke verwendet werden, die einem Frequenzband von 180 Kilohertz und einem Zeitabstand von einer Millisekunde entsprechen. Durch Kombinieren von Frequenzressourcen, Festlegen von Kommunikationsparametern wie Coderate und Auswahl der Modulationsreihenfolge kann eine große Bandbreite an Datenraten realisiert werden.
Spezifikationen
Wenn wir LTE-Netze betrachten, wird nach einigen Erläuterungen klar, was es ist. Um die hohen Ziele zu erreichen, die für die Funkschnittstelle eines solchen Netzwerks gesetzt wurden, organisierten seine Entwickler eine Reihe ziemlich wichtigerMomente und Funktionalität. Jeder von ihnen wird unten beschrieben, mit einer detaillierten Angabe, wie sie sich auf wichtige Indikatoren wie Netzwerkkapazität, Funkabdeckung, Verzögerungszeit und Datenübertragungsrate auswirken.
Flexibilität bei der Nutzung des Funkspektrums
Gesetzliche Normen, die in einer bestimmten geografischen Region gelten, wirken sich darauf aus, wie die mobile Kommunikation organisiert wird. Das heißt, sie schreiben das in unterschiedlichen Frequenzbereichen zugewiesene Funkspektrum durch ungepaarte oder gepaarte Bänder unterschiedlicher Breite vor. Die Nutzungsflexibilität ist einer der wichtigsten Vorteile des LTE-Funkspektrums, wodurch es in unterschiedlichen Situationen genutzt werden kann. Die Architektur des LTE-Netzes erlaubt es, nicht nur in verschiedenen Frequenzbändern zu arbeiten, sondern auch Frequenzbänder mit unterschiedlichen Breiten zu nutzen: von 1,25 bis 20 Megahertz. Darüber hinaus kann ein solches System in ungepaarten und gepaarten Frequenzbändern arbeiten und Zeit- bzw. Frequenzduplex unterstützen.
Wenn wir von Endgeräten sprechen, dann kann das Gerät bei Verwendung gepaarter Frequenzbänder im Vollduplex- oder Halbduplex-Modus arbeiten. Der zweite Modus, in dem das Endgerät Daten zu unterschiedlichen Zeiten und mit unterschiedlichen Frequenzen empfängt und sendet, ist insofern attraktiv, als er die Anforderungen an die Eigenschaften des Duplexfilters erheblich reduziert. Dadurch ist es möglich, die Kosten für Endgeräte zu reduzieren. Außerdem wird es möglich, gepaarte Frequenzbänder mit geringem Duplexabstand einzuführen. Es stellt sich heraus, dass NetzwerkeLTE-Mobilfunk lässt sich in nahezu beliebiger Verteilung des Frequenzspektrums organisieren.
Die einzige Herausforderung bei der Entwicklung einer Funkzugangstechnologie, die eine flexible Nutzung des Funkspektrums ermöglicht, besteht darin, Kommunikationsgeräte kompatibel zu machen. Dazu realisiert die LTE-Technologie eine identische Rahmenstruktur bei Verwendung unterschiedlich breiter Frequenzbänder und unterschiedlicher Duplex-Modi.
Datenübertragung über mehrere Antennen
Die Verwendung von Mehrantennen-Rundfunk in Mobilkommunikationssystemen ermöglicht die Verbesserung ihrer technischen Eigenschaften sowie die Erweiterung ihrer Fähigkeiten in Bezug auf den Abonnentendienst. Bei der LTE-Netzabdeckung kommen zwei Verfahren der Mehrantennenübertragung zum Einsatz: Diversity und Multistream, deren Spezialfall die Bildung eines schmalen Funkkegels ist. Diversity kann als Möglichkeit betrachtet werden, den Pegel des Signals auszugleichen, das von zwei Antennen kommt, wodurch Sie tiefe Einbrüche im Pegel der Signale eliminieren können, die von jeder Antenne separat empfangen werden.
Schauen wir uns das LTE-Netz genauer an: Was ist das und wie nutzt es all diese Modi? Sende-Diversity basiert dabei auf dem Verfahren der Raum-Frequenz-Codierung von Datenblöcken, das bei gleichzeitiger Verwendung von vier Antennen durch Zeit-Diversity mit einer Frequenzverschiebung ergänzt wird. Diversity wird typischerweise auf gemeinsamen Downlinks verwendet, wo die Scheduling-Funktion abhängig vom Zustand des Links nicht angewendet werden kann. DabeiTransmit Diversity kann verwendet werden, um Benutzerdaten, wie z. B. VoIP-Verkehr, zu senden. Aufgrund der relativ geringen Intensität eines solchen Verkehrs kann der zusätzliche Overhead, der mit der zuvor erwähnten Scheduling-Funktion verbunden ist, nicht gerechtfertigt werden. Mit Datendiversität ist es möglich, den Zellradius und die Netzkapazität zu erhöhen.
Bei der Multistream-Übertragung zur gleichzeitigen Übertragung mehrerer Informationsströme über einen Funkkanal werden mehrere Empfangs- und Sendeantennen verwendet, die sich im Endgerät bzw. in der Basisstation befinden. Dadurch wird die maximale Geschwindigkeit der Datenübertragung deutlich erhöht. Wenn das Endgerät beispielsweise mit vier Antennen ausgestattet ist und eine solche Anzahl an der Basisstation zur Verfügung steht, dann ist es durchaus möglich, bis zu vier Datenströme gleichzeitig über einen Funkkanal zu übertragen, wodurch sich dessen Durchsatz sogar vervierfachen lässt.
Wenn Sie ein Netzwerk mit geringer Auslastung oder kleinen Zellen verwenden, können Sie dank Multistreaming einen ausreichend hohen Durchsatz für Funkkanäle erzielen und Funkressourcen effizient nutzen. Bei großen Zellen und hoher Auslastung lässt die Kanalqualität keine Multistream-Übertragung zu. In diesem Fall kann die Signalqualität verbessert werden, indem mehrere Sendeantennen verwendet werden, um einen schmalen Strahl zum Übertragen von Daten in einem Stream zu bilden.
Wenn wir überlegenLTE-Netzwerk - was dies bedeutet, um eine höhere Effizienz zu erreichen - dann ist der Schluss zu ziehen, dass diese Technologie für qualitativ hochwertige Arbeit unter verschiedenen Betriebsbedingungen eine adaptive Multi-Stream-Übertragung implementiert, mit der Sie die Anzahl der gleichzeitig übertragenen Streams ständig anpassen können. in Übereinstimmung mit den sich ständig ändernden Kanalstatusverbindungen. Bei guten Linkbedingungen können bis zu vier Datenströme gleichzeitig übertragen werden, wodurch bei einer Bandbreite von 20 Megahertz Übertragungsraten von bis zu 300 Megabit pro Sekunde erreicht werden.
Wenn die Kanalbedingungen nicht so günstig sind, erfolgt die Übertragung mit weniger Streams. In dieser Situation können Antennen verwendet werden, um einen schmalen Strahl zu bilden, was die Gesamtempfangsqualität verbessert, was letztendlich zu einer Erhöhung der Systemkapazität und einer Erweiterung des Versorgungsbereichs führt. Um große Funkabdeckungsbereiche oder Datenübertragung mit hoher Geschwindigkeit bereitzustellen, können Sie einen einzelnen Datenstrom mit einem schmalen Strahl übertragen oder Datendiversity auf gemeinsamen Kanälen verwenden.
Mechanismus zur Anpassung und Zuteilung des Kommunikationskanals
Das Funktionsprinzip von LTE-Netzwerken geht davon aus, dass Scheduling die Verteilung von Netzwerkressourcen zwischen Benutzern für die Datenübertragung bedeutet. Dies sorgt für dynamisches Scheduling in den Downstream- und Upstream-Kanälen. LTE-Netze in Russland sind derzeit so konfiguriert, dass die Kommunikationskanäle und insgesamt ausgeglichen sindGesamtleistung des Systems.
Die LTE-Funkschnittstelle übernimmt die Umsetzung der Scheduling-Funktion in Abhängigkeit vom Zustand des Kommunikationskanals. Es bietet eine Datenübertragung mit hohen Geschwindigkeiten, was durch die Verwendung von Modulation höherer Ordnung, die Übertragung zusätzlicher Informationsströme, eine Verringerung des Kanalcodierungsgrades und eine Verringerung der Anzahl von Neuübertragungen erreicht wird. Hierfür werden Frequenz- und Zeitressourcen verwendet, die sich durch relativ gute Kommunikationsbedingungen auszeichnen. Es stellt sich heraus, dass die Übertragung einer bestimmten Datenmenge in kürzerer Zeit erfolgt.
LTE-Netze in Russland sind wie in anderen Ländern so aufgebaut, dass der Datenverkehr von Diensten, die damit beschäftigt sind, Pakete mit geringer Nutzlast nach denselben Zeitintervallen weiterzuleiten, eine Erhöhung des Signalisierungsverkehrs erforderlich machen kann das ist für die dynamische Planung erforderlich. Es kann sogar die Menge der vom Benutzer gesendeten Informationen übersteigen. Deshalb gibt es so etwas wie statisches Scheduling des LTE-Netzes. Was das ist, wird klar, wenn wir sagen, dass dem Benutzer eine HF-Ressource zugewiesen wird, die dafür ausgelegt ist, eine bestimmte Anzahl von Subframes zu übertragen.
Dank Anpassungsmechanismen ist es möglich, aus einem Kanal mit dynamischer Linkqualität "alles Mögliche herauszuquetschen". Es ermöglicht Ihnen, ein Kanalcodierungs- und Modulationsschema entsprechend den von LTE-Netzen geprägten Kommunikationsbedingungen auszuwählen. Was das ist, wird klar, wenn wir sagen, dass seine Arbeit wirktvon der Geschwindigkeit der Datenübertragung sowie von der Wahrscheinlichkeit etwaiger Fehler im Kanal.
Uplink-Leistung und Regulierung
Bei diesem Aspekt geht es darum, den von den Endgeräten abgegebenen Leistungspegel zu steuern, um die Netzwerkkapazität zu erhöhen, die Kommunikationsqualität zu verbessern, den Funkabdeckungsbereich zu vergrößern und den Stromverbrauch zu senken. Um diese Ziele zu erreichen, streben Leistungssteuerungsmechanismen danach, den Pegel eines nützlichen eingehenden Signals zu maximieren und gleichzeitig Funkstörungen zu reduzieren.
LTE-Netze von Beeline und anderen Betreibern gehen davon aus, dass die Uplink-Signale orthogonal bleiben, das heißt, es sollte zumindest bei idealen Kommunikationsbedingungen keine gegenseitigen Funkstörungen zwischen Benutzern derselben Zelle geben. Der Grad der Interferenz, die von Benutzern benachbarter Zellen erzeugt wird, hängt davon ab, wo sich das sendende Endgerät befindet, dh wie sein Signal auf dem Weg zur Zelle gedämpft wird. Das Megafon LTE-Netz ist genauso aufgebaut. Es wäre richtig zu sagen: Je näher das Endgerät an einer benachbarten Zelle ist, desto höher ist die Interferenz, die es in ihr erzeugt. Terminals, die weiter von einer benachbarten Zelle entfernt sind, können stärkere Signale übertragen als Terminals, die sich in unmittelbarer Nähe dazu befinden.
Aufgrund der Orthogonalität der Signale kann der Uplink Signale von Endgeräten unterschiedlicher Stärke in einem Kanal auf derselben Zelle multiplexen. Das bedeutet, dass Signalpegelspitzen nicht kompensiert werden müssen,die durch die Mehrwegeausbreitung von Funkwellen entstehen, und Sie können sie verwenden, um die Geschwindigkeit der Datenübertragung zu erhöhen, indem Sie die Mechanismen der Anpassung und Planung von Kommunikationskanälen nutzen.
Datenrelais
Fast jedes Kommunikationssystem, und LTE-Netze in der Ukraine sind keine Ausnahme, macht von Zeit zu Zeit Fehler im Prozess der Datenübertragung, zum Beispiel aufgrund von Signalschwund, Interferenzen oder Rauschen. Der Fehlerschutz wird durch Methoden zur erneuten Übertragung verlorener oder beschädigter Informationen bereitgestellt, die entwickelt wurden, um eine qualitativ hochwertige Kommunikation sicherzustellen. Die Funkressource wird viel rationeller verwendet, wenn das Datenrelaisprotokoll effizient organisiert ist. Um die Hochgeschwindigkeits-Luftschnittstelle optimal zu nutzen, verfügt die LTE-Technologie über ein dynamisch effizientes zweischichtiges Datenrelaissystem, das Hybrid-ARQ implementiert. Es bietet den geringen Overhead, der zum Bereitstellen von Feedback und erneutem Senden von Daten erforderlich ist, sowie ein hochzuverlässiges selektives Wiederholungsprotokoll.
Das HARQ-Protokoll stellt dem empfangenden Gerät redundante Informationen zur Verfügung, die es ihm ermöglichen, spezifische Fehler zu korrigieren. Die erneute Übertragung über das HARQ-Protokoll führt zur Bildung zusätzlicher Informationsredundanz, die erforderlich sein kann, wenn die erneute Übertragung nicht ausreichte, um Fehler zu beseitigen. Eine erneute Übertragung von Paketen, die nicht durch das HARQ-Protokoll korrigiert wurden, wird mit durchgeführtunter Verwendung des ARQ-Protokolls. LTE-Netzwerke auf dem iPhone funktionieren nach den oben genannten Prinzipien.
Mit dieser Lösung können Sie die minimale Verzögerung der Paketübersetzung mit geringem Overhead garantieren, während die Zuverlässigkeit der Kommunikation gewährleistet ist. Das HARQ-Protokoll ermöglicht es Ihnen, die meisten Fehler zu erkennen und zu korrigieren, was zu einer eher seltenen Verwendung des ARQ-Protokolls führt, da dies mit erheblichem Overhead sowie einer Erhöhung der Verzögerungszeit bei der Paketübersetzung verbunden ist.
Die Basisstation ist ein Endknoten, der diese beiden Protokolle unterstützt und eine enge Verbindung zwischen den Schichten der beiden Protokolle herstellt. Zu den verschiedenen Vorteilen einer solchen Architektur gehören die hohe Geschwindigkeit beim Beseitigen von Fehlern, die nach dem Betrieb von HARQ verbleiben, sowie die einstellbare Menge an Informationen, die unter Verwendung des ARQ-Protokolls übertragen werden.
LTE-Funkschnittstelle hat aufgrund ihrer Hauptkomponenten eine hohe Leistung. Die Flexibilität der Nutzung des Funkspektrums macht es möglich, diese Funkschnittstelle mit jeder verfügbaren Frequenzressource zu nutzen. Die LTE-Technologie bietet eine Reihe von Funktionen, die eine effiziente Nutzung von sich schnell ändernden Kommunikationsbedingungen ermöglichen. Abhängig vom Zustand der Verbindung gibt die Scheduling-Funktion die besten Ressourcen an die Benutzer aus. Der Einsatz von Mehrantennen-Technologien führt zu einer Reduzierung des Signalfadings und mit Hilfe von Kanalanpassungsmechanismen ist es möglich, Codierungs- und Signalmodulationsverfahren einzusetzen, die unter bestimmten Bedingungen eine optimale Kommunikationsqualität gewährleisten.
