La rete LTE è stata recentemente approvata dal consorzio 3GPP. Utilizzando tale interfaccia aerea, è possibile ottenere una rete con prestazioni senza precedenti in termini di velocità massima di trasferimento dei dati, ritardo nell'inoltro dei pacchetti ed efficienza spettrale. Gli autori affermano che il lancio della rete LTE consente un uso più flessibile dello spettro radio, la tecnologia multi-antenna, l'adattamento dei canali, i meccanismi di programmazione, l'organizzazione della ritrasmissione dei dati e il controllo della potenza.
Storia
La banda larga mobile, basata sulla tecnologia dati a pacchetto ad alta velocità HSPA, è già stata ampiamente accettata dagli utenti di reti cellulari. Tuttavia, è necessario migliorare ulteriormente il loro servizio, ad esempio utilizzando un aumento della velocità di trasmissione dei dati, la minimizzazione del tempo di ritardo, nonché un aumento della capacità complessiva della rete, poiché le esigenze degli utenti dii servizi di tale comunicazione sono in costante aumento. È a questo scopo che la specifica delle interfacce radio HSPA Evolution e LTE è stata realizzata dal consorzio 3GPP.
Principali differenze rispetto alle versioni precedenti
La rete LTE si differenzia dal sistema 3G precedentemente sviluppato per caratteristiche tecniche migliorate, tra cui la velocità di trasferimento dati massima di oltre 300 megabit al secondo, il ritardo di inoltro dei pacchetti non supera i 10 millisecondi e l'efficienza spettrale è diventata molto più alto. La realizzazione di reti LTE può essere effettuata sia in nuove bande di frequenza che in operatori esistenti.
Questa interfaccia radio si posiziona come una soluzione a cui gli operatori passeranno gradualmente dai sistemi di standard attualmente esistenti, questi sono 3GPP e 3GPP2. E lo sviluppo di questa interfaccia è una fase piuttosto importante sulla strada per la formazione dello standard di rete IMT-Advanced 4G, ovvero una nuova generazione. In effetti, la specifica LTE contiene già la maggior parte delle funzionalità originariamente destinate ai sistemi 4G.
Il principio di organizzazione dell'interfaccia radio
La comunicazione radio ha una caratteristica, ovvero che la qualità del canale radio non è costante nel tempo e nello spazio, ma dipende dalla frequenza. Qui è necessario dire che i parametri di comunicazione cambiano in modo relativamente rapido come risultato della propagazione multipath delle onde radio. Al fine di mantenere un tasso costante di scambio di informazioni sul canale radio, vengono solitamente utilizzati numerosi metodi per ridurre al minimocambiamenti simili, vale a dire diversi metodi di diversità di trasmissione. Allo stesso tempo, nel processo di trasmissione dei pacchetti di informazioni, gli utenti non possono sempre notare fluttuazioni a breve termine nel bit rate. La modalità di rete LTE presuppone come principio base dell'accesso radio non la riduzione, ma l'applicazione di rapidi cambiamenti nella qualità del canale radio al fine di garantire l'uso più efficiente delle risorse radio disponibili in un dato momento. Questo è implementato nei domini della frequenza e del tempo attraverso la tecnologia di accesso radio OFDM.
Dispositivo di rete LTE
Di che tipo di sistema si tratta può essere compreso solo comprendendo come è organizzato. Si basa sulla tecnologia OFDM convenzionale, che prevede la trasmissione di dati su diverse sottoportanti a banda stretta. L'utilizzo di quest'ultimo in combinazione con un prefisso ciclico permette di rendere la comunicazione basata su OFDM resistente alle dispersioni temporali dei parametri del canale radio, ed inoltre permette di eliminare praticamente la necessità di complessi equalizzatori sul lato ricevente. Questa circostanza risulta essere molto utile per organizzare un downlink, poiché in questo caso è possibile semplificare l'elaborazione dei segnali da parte del ricevitore alla frequenza principale, il che consente di ridurre il costo del dispositivo terminale stesso, oltre a come la potenza da esso consumata. E questo diventa particolarmente importante quando si utilizza la rete 4G LTE insieme al multi-streaming.
L'uplink, dove la potenza irradiata è significativamente inferiore rispetto al downlink, richiede l'inclusione obbligatoria nell'operaun metodo di trasmissione delle informazioni efficiente dal punto di vista energetico per aumentare l'area di copertura, ridurre il consumo energetico del dispositivo ricevente e il suo costo. Gli studi condotti hanno portato al fatto che ora per l'uplink LTE viene utilizzata una tecnologia a frequenza singola per la trasmissione di informazioni sotto forma di OFDM con una dispersione corrispondente alla legge della trasformata di Fourier discreta. Questa soluzione fornisce un rapporto più basso tra i livelli di potenza media e massima rispetto alla modulazione convenzionale, migliorando l'efficienza energetica e semplificando la progettazione dei dispositivi terminali.
La risorsa di base utilizzata nella trasmissione di informazioni secondo la tecnologia ODFM può essere mostrata come una rete tempo-frequenza che corrisponde al set di simboli OFDM e sottoportanti nei domini del tempo e della frequenza. La modalità di rete LTE presuppone che qui vengano utilizzati due blocchi di risorse come elemento principale della trasmissione dei dati, che corrispondono a una banda di frequenza di 180 kilohertz e un intervallo di tempo di un millisecondo. È possibile realizzare un'ampia gamma di velocità di trasmissione dei dati combinando le risorse di frequenza, impostando i parametri di comunicazione tra cui la velocità del codice e la selezione dell'ordine di modulazione.
Specifiche
Se consideriamo le reti LTE, di cosa si tratta diventerà chiaro dopo alcune spiegazioni. Al fine di raggiungere gli elevati obiettivi fissati per l'interfaccia radio di tale rete, i suoi sviluppatori hanno organizzato una serie di piuttosto importantimomenti e funzionalità. Ciascuno di essi verrà descritto di seguito, con un'indicazione dettagliata di come influiscono su indicatori importanti come la capacità della rete, la copertura radio, il tempo di ritardo e la velocità di trasferimento dei dati.
Flessibilità nell'uso dello spettro radio
Le norme legislative che operano in una particolare regione geografica influenzano il modo in cui saranno organizzate le comunicazioni mobili. Cioè, prescrivono lo spettro radio allocato in diverse gamme di frequenza da bande non accoppiate o accoppiate di diverse larghezze. La flessibilità di utilizzo è uno dei vantaggi più importanti dello spettro radio LTE, che ne consente l'utilizzo in diverse situazioni. L'architettura della rete LTE consente non solo di lavorare in diverse bande di frequenza, ma anche di utilizzare bande di frequenza con larghezze diverse: da 1,25 a 20 megahertz. Inoltre, un tale sistema può funzionare in bande di frequenza non accoppiate e accoppiate, supportando rispettivamente il tempo e la frequenza duplex.
Se parliamo di dispositivi terminali, quando si utilizzano bande di frequenza accoppiate, il dispositivo può funzionare in modalità full duplex o half duplex. La seconda modalità, in cui il terminale riceve e trasmette dati in tempi e frequenze diverse, è interessante in quanto riduce notevolmente i requisiti per le caratteristiche del filtro duplex. Grazie a ciò, è possibile ridurre il costo dei dispositivi terminali. Inoltre, diventa possibile introdurre bande di frequenza accoppiate con bassa spaziatura duplex. Si scopre che le retiLe comunicazioni mobili LTE possono essere organizzate in quasi tutte le distribuzioni dello spettro di frequenza.
L'unica sfida nello sviluppo di una tecnologia di accesso radio che consenta un uso flessibile dello spettro radio è rendere compatibili i dispositivi di comunicazione. A tal fine, la tecnologia LTE implementa una struttura frame identica nel caso di utilizzo di bande di frequenza di larghezza diversa e modalità duplex diverse.
Trasmissione dati multi-antenna
L'uso della trasmissione multi-antenna nei sistemi di comunicazione mobile consente di migliorarne le caratteristiche tecniche, oltre ad ampliarne le capacità in termini di servizio di abbonato. La copertura della rete LTE prevede l'uso di due metodi di trasmissione multi-antenna: diversità e multi-stream, come un caso speciale è la formazione di un fascio radio stretto. La diversità può essere pensata come un modo per equalizzare il livello del segnale che proviene da due antenne, il che consente di eliminare i cali profondi nel livello dei segnali ricevuti separatamente da ciascuna antenna.
Diamo un'occhiata più da vicino alla rete LTE: cos'è e come utilizza tutte queste modalità? La diversità di trasmissione qui si basa sul metodo di codifica della frequenza spaziale dei blocchi di dati, che è integrato dalla diversità temporale con uno spostamento di frequenza quando si utilizzano quattro antenne contemporaneamente. La diversità viene in genere utilizzata sui downlink comuni in cui la funzione di pianificazione non può essere applicata a seconda dello stato del collegamento. in cuila diversità di trasmissione può essere utilizzata per inviare dati utente, come il traffico VoIP. A causa dell'intensità relativamente bassa di tale traffico, il sovraccarico aggiuntivo associato alla funzione di pianificazione menzionata in precedenza non può essere giustificato. Con la diversità dei dati, è possibile aumentare il raggio delle celle e la capacità della rete.
La trasmissione multistream per la trasmissione simultanea di un certo numero di flussi di informazioni su un canale radio comporta l'uso di diverse antenne di ricezione e trasmissione situate rispettivamente nel dispositivo terminale e nella stazione di rete di base. Ciò aumenta notevolmente la velocità massima di trasmissione dei dati. Ad esempio, se il dispositivo terminale è dotato di quattro antenne e tale numero è disponibile sulla stazione base, è possibile trasmettere contemporaneamente fino a quattro flussi di dati su un canale radio, il che rende effettivamente possibile quadruplicare il suo throughput.
Se utilizzi una rete con un piccolo carico di lavoro o piccole celle, grazie al multi-streaming puoi ottenere un throughput sufficientemente elevato per i canali radio e utilizzare in modo efficiente le risorse radio. Se sono presenti celle di grandi dimensioni e un elevato grado di carico, la qualità del canale non consentirà la trasmissione multistream. In questo caso, la qualità del segnale può essere migliorata utilizzando più antenne di trasmissione per formare un raggio stretto per la trasmissione di dati in un flusso.
Se consideriamoRete LTE - cosa le offre per ottenere una maggiore efficienza - quindi vale la pena concludere che per un lavoro di alta qualità in varie condizioni operative, questa tecnologia implementa la trasmissione multi-stream adattiva, che consente di regolare costantemente il numero di flussi trasmessi contemporaneamente, in conformità con le connessioni dello stato del canale in continua evoluzione. Con buone condizioni di collegamento, è possibile trasmettere fino a quattro flussi di dati contemporaneamente, raggiungendo velocità di trasmissione fino a 300 megabit al secondo con una larghezza di banda di 20 megahertz.
Se le condizioni del canale non sono così favorevoli, la trasmissione viene effettuata da un minor numero di stream. In questa situazione, le antenne possono essere utilizzate per formare un fascio stretto, migliorando la qualità complessiva della ricezione, che alla fine porta ad un aumento della capacità del sistema e ad un'estensione dell'area di servizio. Per fornire ampie aree di copertura radio o trasmissione dati ad alta velocità, è possibile trasmettere un singolo flusso di dati con un raggio stretto o utilizzare la diversità dei dati su canali comuni.
Meccanismo per l'adattamento e l'invio del canale di comunicazione
Il principio di funzionamento delle reti LTE presuppone che la pianificazione significhi la distribuzione delle risorse di rete tra gli utenti per la trasmissione dei dati. Ciò prevede una programmazione dinamica nei canali a valle ea monte. Le reti LTE in Russia sono attualmente configurate in modo da bilanciare i canali di comunicazione e nel complessoprestazioni complessive del sistema.
L'interfaccia radio LTE presuppone l'implementazione della funzione di schedulazione a seconda dello stato del canale di comunicazione. Fornisce la trasmissione di dati ad alta velocità, che si ottiene attraverso l'uso della modulazione di ordine elevato, la trasmissione di flussi di informazioni aggiuntivi, una diminuzione del grado di codifica del canale e una diminuzione del numero di ritrasmissioni. Per questo vengono utilizzate risorse di frequenza e tempo, che sono caratterizzate da condizioni di comunicazione relativamente buone. Si scopre che il trasferimento di una determinata quantità di dati viene effettuato in un periodo di tempo più breve.
Le reti LTE in Russia, come in altri paesi, sono costruite in modo tale che il traffico dei servizi che sono impegnati a inoltrare pacchetti con un piccolo carico utile dopo gli stessi intervalli di tempo possa richiedere un aumento della quantità di traffico di segnalazione necessario per la pianificazione dinamica. Può anche superare la quantità di informazioni trasmesse dall'utente. Ecco perché esiste una pianificazione statica della rete LTE. Di cosa si tratta, diventerà chiaro se diciamo che all'utente è allocata una risorsa RF progettata per trasmettere un certo numero di sottoframe.
Grazie ai meccanismi di adattamento, è possibile "spremere tutto il possibile" da un canale con qualità di collegamento dinamico. Consente di selezionare uno schema di codifica e modulazione del canale in base alle condizioni di comunicazione caratterizzate dalle reti LTE. Di cosa si tratta diventerà chiaro se diciamo che il suo lavoro colpiscesulla velocità di trasmissione dei dati, nonché sulla probabilità di eventuali errori nel canale.
Potenza e regolazione Uplink
Questo aspetto riguarda il controllo del livello di potenza emessa dai terminali per aumentare la capacità della rete, migliorare la qualità della comunicazione, ampliare l'area di copertura radio, ridurre il consumo energetico. Per raggiungere questi obiettivi, i meccanismi di controllo dell'alimentazione si sforzano di massimizzare il livello di un segnale in ingresso utile riducendo al contempo le interferenze radio.
Le reti LTE di Beeline e altri operatori presuppongono che i segnali di uplink rimangano ortogonali, ovvero non dovrebbero esserci interferenze radio reciproche tra gli utenti della stessa cella, almeno per condizioni di comunicazione ideali. Il livello di interferenza creato dagli utenti delle celle vicine dipende da dove si trova il terminale di emissione, ovvero da come il suo segnale si attenua nel percorso verso la cella. La rete Megafon LTE è organizzata esattamente allo stesso modo. Sarebbe corretto dire questo: più il terminale è vicino a una cella vicina, maggiore sarà il livello di interferenza che crea in esso. I terminali che sono più lontani da una cella vicina sono in grado di trasmettere segnali più forti rispetto ai terminali che si trovano nelle immediate vicinanze.
A causa dell'ortogonalità dei segnali, l'uplink può multiplexare segnali provenienti da terminali di diversa intensità in un canale sulla stessa cella. Ciò significa che non è necessario compensare i picchi di livello del segnale,che sorgono a causa della propagazione multipath delle onde radio, e puoi usarle per aumentare la velocità di trasmissione dei dati utilizzando i meccanismi di adattamento e programmazione dei canali di comunicazione.
Trasmissione dati
Quasi tutti i sistemi di comunicazione e le reti LTE in Ucraina non fanno eccezione, di tanto in tanto commettono errori nel processo di trasferimento dei dati, ad esempio a causa di sbiadimento del segnale, interferenze o rumore. La protezione dagli errori è fornita da metodi di ritrasmissione di informazioni perse o danneggiate, progettati per garantire comunicazioni di alta qualità. La risorsa radio viene utilizzata in modo molto più razionale se il protocollo di trasmissione dati è organizzato in modo efficiente. Per sfruttare al meglio l'interfaccia aerea ad alta velocità, la tecnologia LTE dispone di un sistema di trasmissione dati a due strati dinamicamente efficiente che implementa l'ARQ ibrido. È caratterizzato dal basso sovraccarico necessario per fornire feedback e inviare nuovamente i dati, completo di un protocollo di tentativi selettivi ad alta affidabilità.
Il protocollo HARQ fornisce al dispositivo ricevente informazioni ridondanti, consentendogli di correggere eventuali errori specifici. La ritrasmissione tramite il protocollo HARQ porta alla formazione di un'ulteriore ridondanza delle informazioni, che può essere richiesta quando la ritrasmissione non è stata sufficiente per eliminare gli errori. Viene eseguita la ritrasmissione dei pacchetti che non sono stati corretti dal protocollo HARQutilizzando il protocollo ARQ. Le reti LTE su iPhone funzionano secondo i principi di cui sopra.
Questa soluzione consente di garantire il minimo ritardo di traduzione dei pacchetti con un basso sovraccarico, mentre l'affidabilità della comunicazione è garantita. Il protocollo HARQ consente di rilevare e correggere la maggior parte degli errori, il che porta a un uso piuttosto raro del protocollo ARQ, poiché questo è associato a un notevole sovraccarico, nonché a un aumento del tempo di ritardo durante la traduzione dei pacchetti.
La stazione base è un nodo finale che supporta entrambi questi protocolli, fornendo uno stretto collegamento tra i livelli dei due protocolli. Tra i vari vantaggi di tale architettura vi sono l'elevata velocità di eliminazione degli errori rimasti dopo il funzionamento di HARQ, nonché la quantità regolabile di informazioni trasmesse utilizzando il protocollo ARQ.
L'interfaccia radio LTE ha prestazioni elevate grazie ai suoi componenti principali. La flessibilità di utilizzo dello spettro radio rende possibile utilizzare questa interfaccia radio con qualsiasi risorsa di frequenza disponibile. La tecnologia LTE fornisce una serie di funzioni che consentono un uso efficiente di condizioni di comunicazione in rapido cambiamento. A seconda dello stato del collegamento, la funzione di pianificazione fornisce le migliori risorse agli utenti. L'uso di tecnologie multi-antenna porta a una riduzione del fading del segnale e, con l'aiuto di meccanismi di adattamento del canale, è possibile utilizzare metodi di codifica e modulazione del segnale che garantiscono una qualità di comunicazione ottimale in condizioni specifiche.
