Принципы построения радиоинтерфейса по технологии LTE

Распределение интеллекта в SAE

Для соблюдения требований к увеличению пропускной способности и уменьшению времени отклика, а также для перехода к all-IP сети, необходимо использовать новый под - ход к структуре сети.

Ранее, сеть радиодоступа 3G состояла из Node B (базовых станций) и Контроллеров Радиосети (Radio Network Controllers - RNC). Несколько Node B были подключены по принципу " звезда " к RNC, который нес основную нагрузку по управлению радиоресур - сом. В свою очередь, RNC были подключены к ядру сети и через него соединялись между собой.

Для обеспечения необходимой функциональности в рамках LTE, в структуре SAE, слой управления сдвигается от ядра к переферии. Управляющие узлы RNC удаляются и управление радиочастотным ресурсом передается базовым станциям. Новый тип базовых станций получил название eNodeB или eNB.

eNB подключаются непосредственно к шлюзу основной сети через новый " интерфейс S1". В дополнение к нему, новые eNB соединяются с соседними eNB по принципу сети через " интерфейс X2". Это обеспечивает гораздо более высокий уровень прямого взаимо - действия. Данное подключение, также позволяет направлять многие вызовы напрямую, поскольку большое количество звонков и соединений в сети предназначаются для мо - бильных устройств в той же или соседних сотах. Новая структура позволяет направлять вызовы по более короткому маршруту и с минимальным использованием ресурса ядра се - ти.

В дополнение к реализации 1 и 2- го уровней OSI, eNB управляет рядом других функ - ций, которые включают в себя контроль радио ресурсов (включая управление доступом), балансировку нагрузки и управление мобильностью, включая принятие решений о хэндо - вере для мобильных пользователей или оборудования (UE).

Дополнительные уровни гибкости и функциональности означают, что новые станции eNB являются более сложными, чем станции UMTS или базовые станции предыдущих поколений. Однако новая структура сети SAE позволяет обеспечить производительность гораздо более высокого уровня. В дополнение, гибкость, заложенная в eNB, позволяет им поддержать дальнейшее расширение функциональности для перехода от LTE к LTEAdvanced.

LTE базируется на трех основных технологиях: мультиплексирование посредством ортогональных несущих OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), многоантен -

ные системы MIMO (Multiple Input Multiple Output) и эволюционная системная архитекту -

ра сети (System Architecture Evolution).

Принципиально, что дуплексное разделение каналов может быть как частотным (FDD), так и временным (TDD). Это позволяет операторам очень гибко использовать час - тотный ресурс. Такое решение открывает путь на рынок тем компаниям, которые не обла - дают спаренными частотами. С другой стороны, поддержка FDD очень удобна для тради - ционных сотовых операторов, поскольку у них спаренные частоты есть «по определению»

– так организованы практически все существующие системы сотовой связи. Сама же по себе система FDD существенно более эффективна в плане использования частотного ре - сурса, чем TDD, – в ней меньше накладных расходов (служебных полей, интервалов и т. п.).

Обмен между базовой станцией (БС) и мобильной станцией (МС) строится по прин - ципу циклически повторяющихся кадров (в терминологии LTE – радиокадр). Длитель - ность радиокадра – 10 мс. Все временные параметры в спецификации LTE привязаны к минимальному временному кванту Ts = 1 / (2048· ∆ f), где ∆ f – шаг между поднесущими, стандартно – 15 кГц. Таким образом, длительность радиокадра – 307200Ts. Сам же квант времени соответствует тактовой частоте 30,72 МГц, что кратно стандартной в 3G- системах (WCDMA с полосой канала 5 МГц) частоте обработки 3,84 МГц (8 × 3,84 = 30,72).

	СтандартLTEпредусматривает два
	типа радиокадров.Тип1предназначен
	для частотного дуплексирования–как
	для полного дуплекса,так и для полу-
	дуплекса.Такой кадр состоит из20
	слотов(длительностью0,5мс),нуме-
Рисунок12.3 –Структура кадраLTEпри частотном	руемых от0до19.Два смежных слота
образуют субкадр(рисунок12.3).При
разделении дуплексных каналов
http://hiu-net.com/technology/lte/o-lte/radio-lte/	полнодуплексном режиме радиокадры
	в восходящем и нисходящем каналах

передаются параллельно, но с оговоренным в стандарте временным сдвигом.

Рисунок 12.4 – Структура кадра LTE при временном разделении дуплексных каналов http://hiu-net.com/technology/lte/o-lte/radio-lte/

Радиокадр типа 2 (рисунок 12.4) предназначен только для временного дуплексирова - ния. Он состоит из двух полукадров длительностью по 5 мс. Каждый полукадр включает 5 субкадров длительностью 1 мс. Стандарт предусматривает два цикла временного дуплек - сирования – 5 и 10 мс. В первом случае 1- й и 6- й субкадры идентичны и содержат слу - жебные поля DwPTS, UpPTS и защитный интервал GP. При 10- мс цикле TDD 6- й субкадр используется для передачи данных в нисходящем канале. Субкадры 0 и 5, а также поле DwPTS всегда относятся к нисходящему каналу, а субкадр 2 и поле UpPTS – к восходя - щему. Распределение остальных субкадров определяется (табл. 1). Возможно несколько вариантов длительности полей DwPTS, UpPTS и GP, но их сумма всегда равна 1 мс.

Таблица 1. Распределение субкадров в радиокадре типа 2

Как уже отмечалось, в LTE используется модуляция OFDM, хорошо исследованная в системах DVB, Wi-Fi и WiMAX. Напомним, технология OFDM предполагает передачу широкополосного сигнала посредством независимой модуляции узкополосных поднесу - щих вида S_k(t) = a_k·sin [2 π (f₀+ k ∆ f)], расположенных с определенным шагом по частоте ∆ f. Один OFDM- символ содержит набор модулированных поднесущих. Во временной об - ласти OFDM- символ включает поле данных (полезная информация) и так называемый циклический префикс CP (Cyclic Prefix) – повторно передаваемый фрагмент конца преды -

дущего символа (рис. 7). Назначение префикса – борьба с межсимвольной интерференцией в приемнике вследствие многолучевого распространения сигнала. Отраженный сигнал, приходящий с задержкой, попадает в зону префикса и не накладывается на полезный сиг - нал. В LTE принят стандартный шаг между поднесущими ∆ f = 15 кГц, что соответствует длительности OFDM- символа 66,7 мкс.

	Каждому абонентскому устройству(АУ)
	в каждом слоте назначается определенный
	диапазон канальных ресурсов в частотно-
Рисунок12.5 – OFDM-символ с циклическим	временной области(рисунок12.6) –ресурс-
префиксом	ная сетка.Ячейка ресурсной сетки–так на-
http://hiu-net.com/technology/lte/o-lte/radio-lte/	зываемый ресурсный элемент–соответству-
	ет одной поднесущей в частотной области и

одному OFDM- символу – во временной. Ресурсные элементы образуют ресурсный блок – минимальную информационную единицу в канале. Ресурсный блок занимает 12 поднесу - щих (т. е. 180 кГц) и 7 или 6 OFDM- символов, в зависимости от типа циклического пре - фикса (табл. 2) – так, чтобы общая длительность слота составляла 0,5 мс. Число ресурсных блоков NRB в ресурсной сетке зависит от ширины полосы канала и составляет от 6 до 110(ширина частотных полос восходящего / нисходящего каналов в LTE – от 1,4 до 20 МГц). Ресурсный блок – это минимальный ресурсный элемент, выделяемый абонентскому уст - ройству планировщиком базовой станции. О распределении ресурсов в каждом слоте ба - зовая станция сообщает в специальном управляющем канале.

	Длительность префикса	4,7
	мкс позволяет бороться с за-
	держкой отраженного	сигнала,
	прошедшего путь на1,4км
	больше,чем прямо распростра-
	няющийся сигнал.Для систем
	сотовой связи в условиях города
	этого обычно вполне достаточ-
	но.Если же нет–используется
	расширенный префикс,обеспе-
	чивающий подавление межсим-
	вольной интерференции в ячей-
	ках радиусом до120км.Такие
	огромные ячейки полезны	для
	разного рода	широковещатель-
	ных сервисов	(MBMS), таких
	как мобильное ТВ-вещание.Для
	этих же режимов(только в нис-
	ходящем канале)предусмотрена
	особая структура слота,с шагом
	между поднесущими7,5кГц и
	циклическим	префиксом	33,4
	мкс.В слоте при этом всего три
	OFDM-символа. Особый случай
Рисунок12.6 –Ресурсная сеткаLTEпри стандартном шаге	широковещательного	сервиса
поднесущих ∆f = 15кгц	представляет	режим	MBSFN
http://hiu-net.com/technology/lte/o-lte/radio-lte/	(мультимедийный широковеща-

тельный сервис для одночастотной сети). В этом режиме несколько БС в определенной MBSFN- зоне одновременно и синхронно транслируют общий широковещательный сиг - нал.

Таблица 2. Физический префикс в нисходящем канале при ∆ f = 15 кгц

Каждая поднесущая модулируется посредством 4-, 16- и 64- позиционной квадратур - ной фазово - амлитудной модуляции (QPSK, 16-QAM или 64-QAM). Соответственно, один символ на одной поднесущей содержит 2, 4 или 6 бит. При стандартном префиксе сим - вольная скорость составит 14000 символов / с, что соответствует, при FDD- дуплексе, агре - гатной скорости от 28 до 84 кбит / с на поднесущую. Сигнал с полосой 20 МГц содержит 100 ресурсных блоков или 1200 поднесущих, что дает общую агрегатную скорость в кана - ле от 33,6 до 100,8 Мбит / с.

Спецификации LTE определяют несколько фиксированных значений для ширины восходящего и нисходящего каналов между БС и АС (в сетях E-UTRA) (табл. 3). Посколь - ку в OFDM используется быстрое преобразование Фурье (БПФ), число формальных под - несущих для упрощения процедур цифровой обработки сигнала должно быть кратно N =2n (т. е. 128, 256, …, 2048). При этом частота выборок должна составлять Fs = ∆ f · N. При заданных в стандарте значениях она оказывается кратной 3,84 МГц – стандартной частоте выборок в технологии WCDMA. Это очень удобно для создания многомодовых устройств, поддерживающих как WCDMA, так и LTE. Разумеется, при формировании сигнала ам - плитуды «лишних» поднесущих (включая центральную поднесущую канала) считаются равными нулю.

Таблица 3. Параметры канала передачи между БС

Дата добавления: 2014-01-15