Стандарт 3GPP LTE. Структура системы. Радиоинтерфейс.
Введение
Стоит начать с того, что на сегодняшний день потребность в общении, в передачи и хранении информации возникает всё в больше и больше, это связано с развитием человеческого общества. Новые условия жизни дают нам понять, что информационная сфера деятельности человека является определяющим фактором интеллектуальной, экономической и оборонной возможностей государства и человеческого общества в целом. Создание всей совокупности материальных и политических условий в области связи привели к взрыву в области информации и перевороту в образе мыслей и действий людей. В настоящее время люди, общаясь друг с другом, за счет интеллектуальной речевой активности снабжают ноополе, являющееся аналогом Интернета, морфологическими языковыми структурами, которые управляют жизнью на земле.
Развитие связи в начале ХХI века характеризуется следующими понятиями: универсализация, интеграция, интеллектуализация – в части технических средств и в сетевом плане; глобализация, персонализация – в части услуг. Прогресс в области связи основан на разработке и освоении новых телекоммуникационных технологий, а также на дальнейшем развитии и совершенствовании еще не исчерпавших свой потенциал существующих. Так, например, одной из инноваций является развитие систем радиосвязи. Системы радиосвязи повсеместно используются в различных сферах деятельности человека и в настоящее время активно развиваются: возрастают дальность действия радиосвязи, скорость передачи данных, количество одновременно обслуживаемых абонентов и т.д.
В настоящее время мобильные системы радиосвязи являются наиболее быстро развивающимся сегментом рынка радиосредств. Микроминиатюризация аналоговых СВЧ микросхем и внедрение микропроцессоров качественно изменили аппаратуру радиосвязи, она стала не только средством специального и профессионального назначения, но и средством коммуникаций массового потребителя. Мобильные системы радиосвязи являются сложными комплексами, включающими в себя достаточно самостоятельные компоненты: радиоканал, речепреобразование, помехоустойчивое кодирование и шифрование, частотно-территориальное планирование и т.д. И одной из систем можно назвать разработку технологии LTE как стандарта официально, которая началась в конце 2004 года. LTE – стандарт беспроводной высокоскоростной передачи данных для мобильных телефонов и других терминалов, работающих с данными. Он основан на сетевых технологиях GSM/EDGE и UMTS/HSPA, увеличивая пропускную способность и скорость за счёт использования другого радиоинтерфейса вместе с улучшением ядра сети. Стандарт был разработан 3GPP (консорциум, разрабатывающий спецификации для мобильной телефонии) и определён в серии документов Release 8, с незначительными улучшениями, описанными в Release 9. И актуальным будет рассмотреть становление развития, структуру системы и радиоинтерфейс стандарта 3GPP LTE.
Целью работы является рассмотрение аспекта становления развития, структуру системы и радиоинтерфейс стандарта 3GPP LTE.
Задачи работы:
1. Изучить и систематизировать научно-методическую литературу по рассматриваемой теме:
2. Представить общую характеристику развития стандарта 3GPP LTE и его возможностей;
3. Рассмотреть технический состав 3GPP LTE: структуру и радиоинтерфейс;
4. Проанализировать современное состояние стандарта 3GPP LTE, а также его использование и распространение в мире и России.
1. Общая характеристика развития стандарта 3GPP LTE и его возможностей
Разработка технологии LTE как стандарта официально началась в конце 2004 года. Основной целью исследований на начальном этапе был выбор технологии физического уровня, которая смогла бы обеспечить высокую скорость передачи данных. В качестве основных были предложены два варианта: развитие существующего радиоинтерфейса WCDMA и создание нового на основе технологии OFDM. В результате проведенных исследований единственной подходящей технологией оказалась OFDM, и в мае 2006 года в 3GPP была создана первая спецификация на радиоинтерфейс Evolved UMTS Terrestrial Radio Access (E-UTRA). Первые, предварительные спецификации LTE создавались в рамках так называемого 3GPP Release 7. А в декабре 2008 года утверждена версия стандартов 3GPP (Release 8), фиксирующая архитектурные и функциональные требования к системам LTE [5, с. 121].
3GPP сформулировал в Release 8 требования, которым должны отвечать сети UTRAN. Некоторые требований определяются в абсолютной форме, другие требования определяются по отношению к производительности UTRAN. Стоит отметить, что по базовым UTRA считается Release 6 HSDPA со схемой 1x1 по нисходящему каналу и Release 6 HSUPA со схемой 1x2 в восходящем канале. Для сравнения, в LTE это передача осуществляется с использованием 2x2 антенн в нисходящему каналу и 1x2 антенн в восходящем канале. Ниже представлены цели разработки стандарта LTE, среди которых находятся следующие [2, с. 65]:
1. 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. Базовая линия считает, 2 антенны в УП по нисходящему каналу и до 1 антенна в УП для восходящем канале;
2. В нисходящем и восходящем каналах, пропускная способность каждого пользователя при 5% точки CDF, от 2 до 3 раз выше Выпуск 6 HSPA;
3. В нисходящем канале усредненная пропускная способность каждого пользователя, от 3 до 4 раз выше Выпуска 6 HSDPA. В Восходящем канале усредненная пропускная способность каждого пользователя, 2 до 3 раз в выпуске 6;
4. Спектральная эффективность от 3 до 4 раз выше Выпуска 6 HSDPA в канале нисходящей связи и 2 до 3 раз в выпуске 6 HSUPA в восходящем канале, в загруженной сети;
5. Мобильность выше до 350 км/ч.;
6. Спектральная гибкость, без стыковки с предыдущими технологиями и уменьшение стоимости и сложности системы в целом.
По сравнению с ранее разработанными системами 3G, радиоинтерфейс LTE обеспечил улучшенные технические характеристики. Стоит отметить, что скорость передачи данных по стандарту 3GPP LTE в теории достигает 326,4 Мбит/с (демонстрационный 1 Гбит/с на оборудовании для коммерческого использования) на приём (download), и 172,8 Мбит/с на отдачу (upload), в международном стандарте же прописано 173 Мбит/с на приём и 58 Мбит/с на отдачу. Стандарт 3GPP LTE, формально, не является стандартом беспроводной связи 4G, однако стандарт LTE Advanced утвержден Международным Союзом Электросвязи как стандарт беспроводных сетей, отвечающий всем требованиям беспроводной связи четвёртого поколения, и включен в IMT-Advanced. Первоначально 3GPP LTE не относился к 4G — четвёртому поколению беспроводной связи, так как он не удовлетворял всем условиям Международного Союза Электросвязи относительно 4G, однако позже было разрешено использование этого обозначения, и стандарт 3GPP LTE стали относить к pre-4G, то есть предварительной версии стандартов 4-го поколения вместе со стандартом WiMAX 2 [5, с
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. 123].
2. Технический состав стандарта 3GPP LTE: структура и радиоинтерфейс
Существуют различные типы функций в сети сотовой связи. На их основе сети можно разделить на две группы: сети радио доступа и опорный сети. Такие функции, как модуляция, сжатие заголовка и передача принадлежат сетям доступа, в то время как другие функции, такие как зарядка или мобильность управления являются частью базовой сети. В случае LTE, сети радио доступа E-UTRAN и опорной сети EPC. Не менее важно рассмотреть и структуру сети стандарта LTE, которая выглядит следующим образом [6]:
Рис. 1. Структура сети стандарта LTE
Из этой схемы видно, что структура сети сильно отличается от сетей стандартов 2G и 3G. Существенные изменения претерпела и подсистема базовых станций, и подсистема коммутации. Была изменена технология передачи данных между оборудованием пользователя и базовой станцией. Также подверглись изменению и протоколы передачи данных между сетевыми элементами. Вся информация (голос, данные) передается в виде пакетов. Таким образом, уже нет разделения на части обрабатывающие либо только голосовую информацию, либо только пакетные данные.
Сети радиодоступа LTE называется E-UTRAN и одной из ее основных особенностей является то, что все услуги, в том числе в режиме реального времени будут поддерживаться на основе пакетной передачи. Такой подход позволяет достичь большей спектральной эффективности, которая выльется в большую производительность системы по отношению к текущей UMTS и HSPA. Важным следствием использования пакетного доступа для всех сервисов является лучшая интеграцию между всеми мультимедийными услугами и между беспроводной и фиксированной связью.
Основной идеей LTE является минимизация количества узлов. Поэтому разработчики выбрали одноузловую архитектуру. Новая базовая станция сложнее, чем Node B в WCDMA / HSPA сети радиодоступа, и, следовательно, называется ENB. ENBs имеют все необходимые функциональные возможности для LTE сети радиодоступа в том числе функции, связанные с радио-ресурсом.
Новое ядро сети - получившее радикальное развитие, ядро сетей третьего поколения, покрывающее только пакетную область. Поэтому у этого есть новое название: Evolved Packet Core. Следуя той же философии, что и E-UTRAN, число узлов уменьшается. EPC делит потоки пользовательских данных на управляющую и плоскость данных. Для каждой плоскости определяется конкретный узел плюс общий шлюз, который соединяет LTE сети Интернет и другие системы. EPC включает в себя несколько функциональных подразделений [8, с. 203]:
1. MME (объект управления мобильностью): отвечает за контроль плоскости функций, связанной с управления сеансами абонентов;
2. SGW (служебный шлюз) - это узловая точка границы пакетной передачи данных в направлении E-UTRAN. Кроме того, он действует как маршрутизатор узла по отношению к другим 3GPP технологий;
3. PDN Gateway (шлюз пакетной передачи данных): это оконечное устройство по отношению к внешней сети пакетной передачи данных. Кроме того, маршрутизатор к сети Интернет;
4. PCRF - контроль тарифов и решений IP Multimedia Subsystem (IMS), конфигурация каждого пользователя.
Наиболее важные технологии, включенные в новую сеть радиодоступа:
1. OFDM Ортогональная модуляция с частотным разделением, многомерное (время, частота) динамическое распределения ресурсов и адаптация;
2. Multiple Input Multiple Output (MIMO) многоантенная передача;
3. Турбо-кодирования и гибридный автоматический запрос повтора (ARQ).
1. OFDM. Orthogonal Frequency Division Multiplexing является своего рода несущими метод передачи с относительно большим количеством поднесущих. OFDM предлагает множество преимуществ. Во-первых, с помощью техники многократной передачи несущей, символ времени может быть существенно больше. Чем распространение задержки канала, которое уменьшает значительно или даже удаляет вмешательство межсимвола (ISI). Другими словами, OFDM обеспечивает высокую надежность против частоты отборное исчезновение. Во-вторых, из-за его определенной структуры, OFDM учитывает выполнение низкой сложности посредством быстрого Fourier преобразовывают (FFT) обработку. В-третьих, доступ к области частоты (OFDMA) подразумевает высокую степень offreedom на планировщика. Наконец, это предлагает гибкость спектра, который облегчает гладкое развитие от уже существующих радио-технологий доступа до LTE [4, с. 312].
При использовании метода FDD LTE каждый символ OFDM передается по поднесущим 15 или 7.5 кГц. Один подкадр длится 1 миллисекунду, разделенную на 0.5 миллисекунды, и содержит несколько последовательных символов OFDM (14 и 12 для 15 и 7.5 кГц, resp.) В восходящем канале используется SC-FDMA, а не OFDM. SC-FDMA также известна как DFT-spread модуляция OFDM. В основном, SC-FDMA идентична OFDM, если не применять начальный FFT перед модуляцией OFDM. Цель такой модификации состоит в том, чтобы уменьшить пик, уменьшить среднюю мощность передачи, таким образом уменьшаясь расход энергии в пользовательских терминалах.
Далее стоит поговорить об Multidimensional Dynamic Resource Allocation and Link Adaptation. В LTE, как в восходящем и нисходящем канале передачи может применяться меньше, неперекрывающихся частотных диапазонов для различных пользователей, используя при этом частотное разделение каналов (FDMA). Это распределение может быть динамически скорректировано во времени и называется планированием. Таким образом, ресурсы LTE могут быть представлены в виде частотно-временной сетки. Второстепенным элементом этой сетки является ресурс элементов и состоит из 1 поднесущей на OFDM символ. минимальны блок распределения частотного ресурса для LTE, это блок один слот которого входит 12 поднесущих. Адаптация связи тесно связана с планированием и установкой параметров радио передачи управляющими качеством радиосвязи. Это достигается с помощью адаптивного канального кодирования LTE и адаптивной модуляции. В частности, в LTE доступны модуляции QPSK, 16QAM и 64QAM, в то время как скорость кодирования может принимать значения от нижнего края около 0,07 до 0,93 [4, с. 313].
И, наконец, одним из наиболее важных средств для достижения высокой скорости передачи данных для LTE является многоантенная передача. В нисходящем канале поддерживается 1, 2 или 4 передающие антенны в ENB и 1, 2 или 4 приемных антенн в ЕС. Несколько антенн могут быть использованы по-разному: для получения дополнительного приема / разнесенная передача или для получения пространственного мультиплексирования увеличение скорости передачи данных путем создания нескольких параллельных каналов, если условия позволяют. Тем не менее, в восходящем LTE, хотя одна, 2 или 4 приемных антенны разрешены в ENB, только одна передающая антенна допускается в ЕС
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
