רשת LTE אושרה לאחרונה על ידי קונסורציום 3GPP. על ידי שימוש בממשק אוויר כזה, ניתן להשיג רשת בעלת ביצועים חסרי תקדים מבחינת קצב העברת נתונים מרבי, עיכוב העברת מנות ויעילות ספקטרלית. המחברים אומרים שהשקת רשת LTE מאפשרת שימוש גמיש יותר בספקטרום הרדיו, טכנולוגיית ריבוי אנטנות, התאמת ערוצים, מנגנוני תזמון, ארגון שידור מחדש של נתונים ובקרת הספק.
סיפור רקע
פס רחב לנייד, המבוסס על טכנולוגיית נתוני מנות מהירה של HSPA, כבר הפך למקובל בקרב משתמשי הרשת הסלולרית. עם זאת, יש צורך לשפר עוד יותר את השירות שלהם, למשל, באמצעות הגדלת מהירות העברת הנתונים, מזעור זמן העיכוב, כמו גם הגדלת קיבולת הרשת הכוללת, שכן דרישות המשתמשיםהשירותים של תקשורת כזו גדלים כל הזמן. למטרה זו המפרט של ממשקי הרדיו HSPA Evolution ו-LTE נעשה על ידי קונסורציום 3GPP.
הבדלים עיקריים מגרסאות קודמות
רשת ה-LTE שונה ממערכת ה-3G שפותחה בעבר על ידי מאפיינים טכניים משופרים, כולל קצב העברת הנתונים המקסימלי של יותר מ-300 מגה-ביט לשנייה, עיכוב העברת המנות אינו עולה על 10 מילישניות, והיעילות הספקטרלית הפכה הרבה יותר גבוה. בניית רשתות LTE יכולה להתבצע הן בפסי תדרים חדשים והן במפעילים קיימים.
ממשק הרדיו הזה מוצב כפתרון אליו המפעילים יעברו בהדרגה ממערכות התקנים הקיימות כיום, אלו הם 3GPP ו-3GPP2. ופיתוח הממשק הזה הוא שלב חשוב למדי בדרך להיווצרות תקן רשת IMT-Advanced 4G, כלומר דור חדש. למעשה, מפרט ה-LTE כבר מכיל את רוב התכונות שנועדו במקור למערכות דור 4.
עקרון הארגון של ממשק הרדיו
לתקשורת הרדיו יש תכונה אופיינית, שהיא שאיכות ערוץ הרדיו אינה קבועה בזמן ובמרחב, אלא תלויה בתדר. כאן יש צורך לומר שפרמטרי התקשורת משתנים במהירות יחסית כתוצאה מהתפשטות רב-נתיב של גלי רדיו. על מנת לשמור על קצב חילופי מידע קבוע בערוץ הרדיו, משתמשים בדרך כלל במספר שיטות למזעורשינויים דומים, כלומר שיטות שונות של גיוון שידור. יחד עם זאת, בתהליך העברת מנות מידע, המשתמשים לא יכולים תמיד להבחין בתנודות קצרות טווח בקצב הסיביות. מצב הרשת LTE מניח כעיקרון בסיסי של גישה לרדיו לא לצמצם, אלא להחיל שינויים מהירים באיכות ערוץ הרדיו על מנת להבטיח את השימוש היעיל ביותר במשאבי הרדיו הזמינים בכל זמן נתון. זה מיושם בתחומי התדר והזמן באמצעות טכנולוגיית גישה לרדיו OFDM.
מכשיר רשת LTE
איזה סוג של מערכת זה יכול להיות מובן רק על ידי הבנה כיצד היא מאורגנת. הוא מבוסס על טכנולוגיית OFDM הקונבנציונלית, הכוללת העברת נתונים על פני מספר ספקי משנה בפס צר. השימוש בזה האחרון בשילוב עם קידומת מחזורית מאפשר להפוך תקשורת מבוססת OFDM עמידה בפני פיזור זמן של פרמטרי ערוץ הרדיו, וכן מאפשר למעשה לבטל את הצורך באקולייזרים מורכבים בצד המקבל. מצב זה מתברר כמועיל מאוד לארגון קישור למטה, מכיוון שבמקרה זה ניתן לפשט את עיבוד האותות על ידי המקלט בתדר הראשי, מה שמאפשר להוזיל את העלות של התקן הטרמינל עצמו, גם כן. ככוח הנצרך ממנו. וזה הופך להיות חשוב במיוחד כאשר משתמשים ברשת 4G LTE יחד עם ריבוי סטרימינג.
הקישור מעלה, שבו ההספק המוקרן נמוך משמעותית מאשר בקישור למטה, מחייב הכללה בעבודהשיטה יעילה באנרגיה להעברת מידע להגדלת שטח הכיסוי, להפחית את צריכת החשמל של המכשיר המקבל, כמו גם את עלותו. המחקרים שנערכו הובילו לכך שכעת עבור ה-Uplink LTE, נעשה שימוש בטכנולוגיה חד-תדרית לשידור מידע בצורה של OFDM עם פיזור התואם לחוק הטרנספורמציה הדיסקרטי של פורייה. פתרון זה מספק יחס נמוך יותר בין רמות הספק ממוצעות ומקסימליות בהשוואה לאפנון קונבנציונלי, המשפר את יעילות האנרגיה ומפשט את העיצוב של התקני קצה.
המשאב הבסיסי המשמש בהעברת מידע בהתאם לטכנולוגיית ODFM יכול להיות מוצג כרשת בתדר זמן התואמת את ערכת הסמלים של OFDM, ותת-נשאים בתחומי הזמן והתדר. מצב הרשת LTE מניח ששני בלוקי משאבים משמשים כאן כמרכיב העיקרי של העברת נתונים, התואמים לפס תדרים של 180 קילו-הרץ ומרווח זמן של אלפית שנייה אחת. ניתן לממש מגוון רחב של קצבי נתונים על ידי שילוב משאבי תדר, קביעת פרמטרי תקשורת לרבות קצב קוד ובחירת סדר אפנון.
מפרטים
אם נשקול רשתות LTE, מה זה יתברר לאחר הסברים מסוימים. על מנת להשיג את היעדים הגבוהים שנקבעו עבור ממשק הרדיו של רשת כזו, ארגנו מפתחיה מספר חשובים למדי.רגעים ופונקציונליות. כל אחד מהם יתואר להלן, עם אינדיקציה מפורטת כיצד הם משפיעים על אינדיקטורים חשובים כגון קיבולת רשת, כיסוי רדיו, זמן עיכוב וקצב העברת נתונים.
גמישות בשימוש בספקטרום הרדיו
נורמות חקיקה הפועלות באזור גיאוגרפי מסוים משפיעות על האופן שבו תאורגן התקשורת הסלולרית. כלומר, הם רושמים את ספקטרום הרדיו המוקצה בטווחי תדרים שונים על ידי פסים לא מזווגים או מזווגים ברוחב שונה. גמישות השימוש היא אחד היתרונות החשובים ביותר של ספקטרום הרדיו LTE, המאפשר שימוש בו במצבים שונים. הארכיטקטורה של רשת LTE מאפשרת לא רק לעבוד בפסי תדרים שונים, אלא גם להשתמש בפסי תדרים ברוחב שונה: מ-1.25 עד 20 מגה-הרץ. בנוסף, מערכת כזו יכולה לפעול בפסי תדרים לא מזווגים ומזווגים, לתמוך בזמן ובדופלקס של תדרים, בהתאמה.
אם אנחנו מדברים על התקני מסוף, אז כשמשתמשים ברצועות תדרים מזווגים, המכשיר יכול לפעול במצב דופלקס מלא או חצי דופלקס. המצב השני, בו הטרמינל קולט ומשדר נתונים בזמנים שונים ובתדרים שונים, אטרקטיבי בכך שהוא מקטין משמעותית את הדרישות למאפיינים של מסנן הדופלקס. הודות לכך, ניתן להוזיל את עלות התקני הקצה. בנוסף, ניתן להציג פסי תדרים זוגיים עם מרווח דופלקס נמוך. מסתבר שרשתותניתן לארגן תקשורת סלולרית LTE כמעט בכל התפלגות של ספקטרום התדרים.
האתגר היחיד בפיתוח טכנולוגיית גישה לרדיו המאפשרת שימוש גמיש בספקטרום הרדיו הוא להפוך התקני תקשורת לתואמים. לשם כך, טכנולוגיית LTE מיישמת מבנה מסגרת זהה במקרה של שימוש בפסי תדרים ברוחב שונה ובמצבי דופלקס שונים.
העברת נתונים מרובה אנטנות
השימוש בשידור ריבוי אנטנות במערכות תקשורת סלולריות מאפשר שיפור המאפיינים הטכניים שלהן, כמו גם הרחבת היכולות שלהן מבחינת שירות המנויים. כיסוי רשת LTE כרוך בשימוש בשתי שיטות של שידור מרובה אנטנות: גיוון ורב-זרם, כאשר מקרה מיוחד שלה הוא היווצרות של אלומת רדיו צרה. ניתן לחשוב על גיוון כדרך להשוות את רמת האות שמגיע משתי אנטנות, מה שמאפשר לבטל צניחה עמוקה ברמת האותות הנקלטים מכל אנטנה בנפרד.
בואו נסתכל מקרוב על רשת ה-LTE: מהי ואיך היא משתמשת בכל המצבים האלה? גיוון השידור כאן מבוסס על שיטת קידוד תדר חלל של בלוקי נתונים, אשר מתווספת על ידי גיוון זמן עם שינוי תדר בעת שימוש בארבע אנטנות בו זמנית. גיוון משמש בדרך כלל על קישורי downlink נפוצים שבהם לא ניתן להחיל את פונקציית התזמון בהתאם למצב הקישור. איפהניתן להשתמש במגוון שידורים כדי לשלוח נתוני משתמש, כגון תעבורת VoIP. בשל העוצמה הנמוכה יחסית של תעבורה כזו, לא ניתן להצדיק את התקורה הנוספת הקשורה לפונקציית התזמון שהוזכרה קודם לכן. עם גיוון נתונים, ניתן להגדיל את רדיוס התאים ואת קיבולת הרשת.
שידור מרובה זרם לשידור בו-זמני של מספר זרמי מידע בערוץ רדיו אחד כרוך בשימוש במספר אנטנות קליטה ומשדר הממוקמות בהתקן המסוף ובתחנת הרשת הבסיסית, בהתאמה. זה מגדיל באופן משמעותי את המהירות המרבית של העברת הנתונים. לדוגמה, אם התקן הטרמינל מצויד בארבע אנטנות ומספר כזה זמין בתחנת הבסיס, אז בהחלט ניתן לשדר בו זמנית עד ארבעה זרמי נתונים על ערוץ רדיו אחד, מה שמאפשר למעשה להכפיל את התפוקה שלו פי ארבעה..
אם אתה משתמש ברשת עם עומס עבודה קטן או בתאים קטנים, אז בזכות ריבוי סטרימינג, אתה יכול להשיג תפוקה גבוהה מספיק עבור ערוצי רדיו, כמו גם להשתמש ביעילות במשאבי רדיו. אם יש תאים גדולים ורמת עומס גבוהה, איכות הערוץ לא תאפשר שידור רב-זרם. במקרה זה, ניתן לשפר את איכות האות על ידי שימוש במספר אנטנות שידור ליצירת אלומה צרה להעברת נתונים בזרם אחד.
אם נשקולרשת LTE - מה זה נותן לה כדי להשיג יעילות רבה יותר - אז כדאי להסיק שלעבודה באיכות גבוהה בתנאי הפעלה שונים, טכנולוגיה זו מיישמת שידור רב-זרמים אדפטיבי, המאפשר לך להתאים כל הזמן את מספר הזרמים המועברים בו זמנית, בהתאם לחיבורי מצב הערוץ המשתנים כל הזמן. עם תנאי קישור טובים, ניתן להעביר עד ארבעה זרמי נתונים בו-זמנית, תוך השגת קצבי שידור של עד 300 מגה-ביט לשנייה ברוחב פס של 20 מגה-הרץ.
אם מצב הערוץ לא כל כך נוח, השידור מתבצע על ידי פחות זרמים. במצב זה, ניתן להשתמש באנטנות ליצירת אלומה צרה, ולשפר את איכות הקליטה הכוללת, מה שמוביל בסופו של דבר להגדלת קיבולת המערכת ולהרחבת אזור השירות. כדי לספק אזורי כיסוי רדיו גדולים או שידור נתונים במהירות גבוהה, אתה יכול לשדר זרם נתונים בודד עם אלומה צרה או להשתמש במגוון נתונים בערוצים נפוצים.
מנגנון התאמה ושיגור ערוץ התקשורת
עקרון הפעולה של רשתות LTE מניח שתזמון פירושו חלוקת משאבי הרשת בין משתמשים להעברת נתונים. זה מספק תזמון דינמי בערוצים במורד והזרם. רשתות LTE ברוסיה מוגדרות כיום באופן שיאזן בין ערוצי תקשורת ובסך הכלביצועי המערכת הכוללים.
ממשק הרדיו LTE מניח את יישום פונקציית התזמון בהתאם למצב ערוץ התקשורת. הוא מספק שידור נתונים במהירויות גבוהות, המושג באמצעות אפנון מסדר גבוה, העברת זרמי מידע נוספים, ירידה במידת קידוד הערוצים וירידה במספר השידורים החוזרים. לשם כך נעשה שימוש במשאבי תדירות וזמן המתאפיינים בתנאי תקשורת טובים יחסית. מסתבר שהעברת כל כמות נתונים מסוימת מתבצעת בפרק זמן קצר יותר.
רשתות LTE ברוסיה, כמו במדינות אחרות, בנויות בצורה כזו שתעבורת השירותים העסוקים בהעברת מנות עם עומס קטן לאחר אותם מרווחי זמן עלולה לחייב הגדלת כמות תעבורת האיתות שנדרש עבור תזמון דינמי. זה אפילו עשוי לחרוג מכמות המידע המשודר על ידי המשתמש. לכן יש דבר כזה תזמון סטטי של רשת LTE. מה זה, יתברר אם נגיד שלמשתמש מוקצה משאב RF שנועד לשדר מספר מסוים של תת מסגרות.
בזכות מנגנוני הסתגלות אפשר "לסחוט כל מה שאפשר" מתוך ערוץ עם איכות קישור דינמית. זה מאפשר לך לבחור ערכת קידוד ואפנון ערוצים בהתאם לתנאי התקשורת המאופיינים ברשתות LTE. מה זה יתברר אם נגיד שהעבודה שלו משפיעהעל מהירות העברת הנתונים, כמו גם על ההסתברות לשגיאות כלשהן בערוץ.
כוח ורגולציה של קישור מעלה
היבט זה עוסק בשליטה ברמת ההספק הנפלטת מהטרמינלים כדי להגדיל את קיבולת הרשת, לשפר את איכות התקשורת, להגדיל את שטח כיסוי הרדיו, להפחית את צריכת החשמל. כדי להשיג מטרות אלו, מנגנוני בקרת הספק שואפים למקסם את רמת האות הנכנס שימושי תוך הפחתת הפרעות רדיו.
רשתות LTE של Beeline ומפעילים אחרים מניחים שאותות הקישור העולה נשארים אורתוגונליים, כלומר, לא צריכה להיות הפרעות רדיו הדדיות בין משתמשים באותו תא, לפחות עבור תנאי תקשורת אידיאליים. רמת ההפרעות שנוצרת על ידי משתמשים בתאים שכנים תלויה במקום בו נמצא המסוף הפולט, כלומר באופן שבו האות שלו מוחלש בדרך לתא. רשת Megafon LTE מסודרת בדיוק באותו אופן. נכון יהיה לומר זאת: ככל שהטרמינל קרוב יותר לתא שכן, כך רמת ההפרעות שהוא יוצר בו תהיה גבוהה יותר. טרמינלים המרוחקים יותר מתא שכן מסוגלים לשדר אותות חזקים יותר מאשר מסופים שנמצאים בסמיכות אליו.
בשל האורתוגונליות של האותות, ה-uplink יכול להרבות אותות ממסופים בעלי עוצמות שונות בערוץ אחד באותו תא. משמעות הדבר היא שאין צורך לפצות על עליות ברמת האות,הנובעים עקב התפשטות ריבוי נתיבים של גלי רדיו, וניתן להשתמש בהם כדי להגביר את מהירות העברת הנתונים באמצעות מנגנוני התאמה ותזמון של ערוצי תקשורת.
ממסרי נתונים
כמעט כל מערכת תקשורת, ורשתות LTE באוקראינה אינן יוצאות דופן, מעת לעת עושה שגיאות בתהליך העברת הנתונים, למשל, עקב דהיית אותות, הפרעות או רעש. הגנת שגיאות ניתנת על ידי שיטות של שידור חוזר של פיסות מידע שאבדו או פגומות, שנועדו להבטיח תקשורת באיכות גבוהה. במשאב הרדיו נעשה שימוש הרבה יותר רציונלי אם פרוטוקול ממסר הנתונים מאורגן ביעילות. על מנת להפיק את המרב מממשק האוויר המהיר, לטכנולוגיית LTE יש מערכת ממסר נתונים דו-שכבתית יעילה מבחינה דינמית המיישמת ARQ Hybrid. הוא כולל את התקורה הנמוכה הדרושה כדי לספק משוב ולשלוח מחדש נתונים, כולל פרוטוקול ניסיון חוזר סלקטיבי סלקטיבי מהימנות גבוהה.
פרוטוקול HARQ מספק למכשיר המקבל מידע מיותר, ומאפשר לו לתקן שגיאות ספציפיות. שידור חוזר באמצעות פרוטוקול HARQ מוביל להיווצרות יתירות מידע נוספת, אשר עשויה להידרש כאשר שידור חוזר לא היה מספיק כדי למנוע שגיאות. שידור חוזר של מנות שלא תוקנו על ידי פרוטוקול HARQ מתבצע עםבאמצעות פרוטוקול ARQ. רשתות LTE באייפון פועלות לפי העקרונות שלעיל.
פתרון זה מאפשר לך להבטיח עיכוב מינימלי של תרגום מנות עם תקורה נמוכה, בעוד אמינות התקשורת מובטחת. פרוטוקול HARQ מאפשר לזהות ולתקן את רוב השגיאות, מה שמוביל לשימוש די נדיר בפרוטוקול ARQ, שכן הדבר כרוך בתקורה ניכרת, וכן להגדלת זמן ההשהיה במהלך תרגום מנות.
תחנת הבסיס היא צומת קצה התומך בשני הפרוטוקולים הללו, ומספק קישור הדוק בין השכבות של שני הפרוטוקולים. בין היתרונות השונים של ארכיטקטורה כזו ניתן למנות את המהירות הגבוהה של ביטול שגיאות שנותרו לאחר הפעלת HARQ, כמו גם כמות המידע הניתנת להתאמה המועברת באמצעות פרוטוקול ARQ.
לממשק הרדיו LTE יש ביצועים גבוהים הודות למרכיביו העיקריים. הגמישות של השימוש בספקטרום הרדיו מאפשרת להשתמש בממשק רדיו זה עם כל משאב תדר זמין. טכנולוגיית LTE מספקת מספר תכונות המאפשרות שימוש יעיל בתנאי תקשורת המשתנים במהירות. בהתאם למצב הקישור, פונקציית התזמון מנפיקה את המשאבים הטובים ביותר למשתמשים. השימוש בטכנולוגיות ריבוי אנטנות מביא להפחתת דהיית האות, ובעזרת מנגנוני התאמת ערוצים ניתן להשתמש בשיטות קידוד ואפנון אותות המבטיחות איכות תקשורת מיטבית בתנאים ספציפיים.
