WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«Кафедра Устройства и системы радиосвязи Курс лекций для магистров 1-курса на тему Мобильные системы связи 4-го поколения Подготовил: ст. преп., к.т.н. Абдукадыров А.Х ...»

-- [ Страница 2 ] --

В системе LTE определена плоская архитектура сети на базе IP-протокола как часть программы развития архитектуры системы SAE. Назначением архитектуры LTE/SAE является эффективная поддержка любой IP-услуги с точки зрения широкого коммерческого использования. Данная архитектура основана, да и развилась из уже существующих опорных сетей стандарта GSM/W-CDMA. Целью ее является еще большее упрощение эксплуатации, а также плавное и рентабельное развертывание сетей следующего поколения.

Архитектура LTE/SAE снижает эксплутационные и капитальные расходы. Новая, плоская модель, например, означает, что потребуется повысить пропускную способность узлов только двух типов (базовых станций и шлюзов), чтобы они справились с трафиком в случае его значительного роста. Кроме того, явно прослеживается тенденция ко все большей степени автоматизации конфигурирования.

LTE является универсальной технологией, которая соответствует требованиям 3GPP, а по некоторым параметрам превышает их.

Некоторые из наиболее значительных требований указаны ниже:

пиковая скорость передачи данных в нисходящем канале — свыше 100Мбит/с, а время задержки отклика в сети радиодоступа (RAN) — менее 10мс;

поддержка гибких полос частот несущей — от 5МГц и меньше и до 20МГц во многих новых и существующих частотных диапазонах;

поддержка развертывания с дуплексным разнесением по частоте (FDD) и поддержка передачи обслуживания смежным базовым станциям и роуминга с существующими мобильными сетями позволяет с самого начала предоставить абонентам доступ к мобильной связи в любой точке.

При этом операторы могут внедрять технологию LTE довольно гибко — с учетом особенностей уже работающей сети, спектра частот и коммерческих задач, которые предполагается решать, используя широкополосные и мультимедийные услуги.

Краткое техническое описание Основными принципами архитектуры LTE/SAE являются:

общая опорная точка и узел шлюза (GW) для всех технологий доступа;

оптимизированная архитектура для плоскости пользователя — начало перехода на сниженное количество типов узлов (с четырех до двух — базовые станции и протоколы на базе IP во всех интерфейсах;

разделение функций RAN-CN, аналогичное разделению в случае WCDMA/HSPA;



разделение в плоскостях управления/пользователя между модулем управления мобильностью (MME) и шлюзом;

интеграция технологий доступа, не относящихся к 3GPP, с помощью протокола Ниже представлена упрощенная схема общей архитектуры LTE/SAE (Рис.4.1).

Рис.4.1. Упрощенная схема общей архитектуры LTE/SAE В сетях LTE шлюз способен выполнять функции сети пакетных данных (PDN-GW) и обслуживающего шлюза (Service GW), при этом может быть настроен как на любую из этих ролей, так и на обе. Шлюз PDN-GW служит общей опорной точкой для всех технологий доступа, обеспечивая стабильную IP-точку присутствия для всех пользователей вне зависимости от мобильности в рамках одной или нескольких технологий доступа. Обслуживающий шлюз Service GW является опорной точкой для мобильности в рамках 3GPP-системы.

Функционально модуль управления мобильностью - MME отделен от шлюзов: для облегчения развертывания сети, для перехода на независимую технологию и для максимально гибкой масштабируемости пропускной способности.

Сети GSM и W-CDMA/HSPA интегрируются в сеть LTE/SAE посредством стандартизованных интерфейсов, соединяющих узел SGSN (обслуживающий узел поддержки GPRS) и усовершенствованную опорную сеть. Сюда входят интерфейсы с MME для передачи контекста и установки каналов при перемещении между технологиями доступа, а также со шлюзом для установки IP-соединения с абонентским оборудованием (UE). Так что для терминалов GSM и W-CDMA/HSPA узел шлюза функционирует в качестве GGSN (узла поддержки шлюза GPRS).

Данная архитектура позволяет также создавать общую опорную пакетную сеть для GSM, W-CDMA/HSPA и LTE путем соединения SGSN и MME в одном узле.

Сервер абонентов собственной сети (Home Subscriber Server, HSS) подключается к пакетной опорной сети через интерфейс, который, скорее всего, будет базироваться на протоколе Diameter, а не на SS7. Это позволит создать унифицированное и более простое решение для плоскости управления в IP-сети, поскольку сетевая сигнализация для управления правилами и тарификации уже базируется на протоколе Diameter.

Базовые станции LTE подключаются к опорной сети через интерфейс RAN-CN.

MME обрабатывает сигналы управления, например для мобильности. Пользовательские данные пересылаются между узлами базовых станций и шлюзов через транспортную инфраструктуру на базе IP. Для поддержки высокоскоростного перехода обслуживания терминалов в активном режиме каждая базовая станция LTE логически подключена ко всем прилежащим базовым станциям.

Усилия по интеграции доступа к сетям стандарта CDMA-2000 приведут к созданию решения, реализующего непрерывность мобильности между CDMA-2000 и LTE.

Интеграция будет поддерживать одинарный и двойной переход радиообслуживания, обеспечивая возможность гибкой миграции с CDMA к LTE.

Поскольку существующая концепция QoS для систем GSM и W-CDMA несколько сложна, в LTE/SAE предпринимается попытка реализовать концепцию QoS, которая бы объединила в себе простоту, гибкость доступа с поддержкой обратной совместимости. В системе LTE/SAE используется концепция качества обслуживания, основанная на классах. Она предлагает операторам простое, но эффективное решение для дифференцирования различных пакетных услуг.





Изучив целый ряд технологий многостанционного доступа, проект 3GPP, как отмечалось выше, остановился на технологии OFDM для нисходящего канала и технологии SC-FDMA — для восходящего. Сделанный выбор поддерживает не только гибкость спектра, но и удовлетворяет строгим критериям, предъявляемым к пропускной способности и эффективности использования спектра.

По сути, физический уровень LTE самостоятельно предоставляет разделяемые каналы для более высоких уровней при миллисекундном интервале между передачами. В основе LTE лежит возможность быстрой адаптации к изменениям в каналах, используя адаптацию скорости обмена и гибридный автоматический повтор запросов (Hybrid Automatic Repeat Request, HARQ) с программированным комбинированием, то есть механизм практически такой же, как и в HSPA. Благодаря OFDM и SC-FDMA можно использовать изменения как частоты, так и отрезков времени. Разнос поднесущих на физическом уровне LTE составляет 15 кГц.

Архитектура протокола радиоинтерфейса основывается на архитектуре для HSPA.

Названия протоколов такие же, да и функции тоже схожи. Некоторые расхождения связаны с отличиями в методе многостанционного доступа для LTE и HSPA. Прочие же основаны на том, что LTE — это система, работающая только с пакетами (отсутствуют требования по поддержке прежних систем с коммутацией каналов). На схеме представлена архитектура протоколов радиоинтерфейса LTE. Как видно из схемы, все протоколы радиоинтерфейса, за исключением протоколов NAS (Non-access Stratum), завершаются в eNodeB со стороны сети.

Протокол конвергенции пакетной передачи данных PDCP (Packet Data Convergence Protocol) обрабатывает сжатие заголовков и функции обеспечения безопасности радиоинтерфейса; протокол управления каналом радиосвязи RLC (Radio Link Control) сконцентрирован на передаче данных без потерь; а протокол управления доступом к среде MAC (Media Access Control) обрабатывает диспетчеризацию восходящих и нисходящих каналов и сигнализацию HARQ. Аналогичным образом протокол управления ресурсами радиосвязи RRC (Radio Resource Control) обрабатывает настройку канала радиосвязи, осуществляет управление мобильностью в активном режиме и трансляцию системной информации, в то время как протоколы NAS используются для управления мобильностью в ждущем режиме и настройки услуг.

Производительность LTE Доступ в LTE удовлетворяет сформулированным требованиям и обеспечивает требуемую гибкость спектра. На диаграммах cлева показана эффективность использования смоделированного в ходе испытаний Ericsson спектра и пропускной способности пользовательского трафика. Эффективность спектра составляет 1,7–2, бит/с/Гц/на соту в нисходящем канале и 0,7 бит/с/Гц/на соту в восходящем канале при расстоянии между станциями (ISD), равном 500м. Пропускная способность пользовательского трафика на границе соты составляет 0,18–0,28 бит/с/Гц/на соту в нисходящем канале и 0,022–0,05 бит/с/Гц/на соту в восходящем канале при моделировании работы с десятью пользователями и до конца заполненных буферах каждой соты. На этих диаграммах показан также базовый уровень UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access — наземный радиодоступ в UMTS), основанный на 3GPP Release с базовыми приемниками.

Из пиковой скорости передачи данных на диаграмме справа видно, что LTE выполняет и превосходит требования в 100Мбит/с для нисходящего и 50Мбит/с для восходящего каналов.

На самом деле при выделении спектра в 20 МГц LTE превышает скорость в 325Мбит/с на нисходящем канале и 80Мбит/с — на восходящем.

Ориентировочная задержка отклика в сети составляет 7мс, задержка в одну сторону — 3,5мс, а задержка отклика в сети для HARQ — 5мс.

Одним из значительных требований, предъявляемых к LTE/SAE, является снижение расходов на эксплуатацию системы. В достижении этой цели важное место отводится самоуправляемости. Функции автоматической самоинициализации, например, позволяют снизить расходы и ускорить первоначальное развертывание LTE/SAE. В итоге, установка, интеграция и развертывание БС (включая первоначальную настройку радиосети) выполняется быстро и просто, с минимумом подготовительных работ и вмешательства оператора. Аналогичным образом самооптимизация, в состав которой входят средства для автоматической оптимизации прилежащих сот и автоматизированной настройки параметров, управляющих переходом обслуживания между БС и другими алгоритмами управления радиоресурсами, преследует цель снизить объем работ, необходимых для настройки и обслуживания сетей LTE/SAE.

Топология и развертывание В LTE заложена поддержка различных полос частот, начиная от 5МГц и менее и вплоть до 20МГц (используя при этом различные диапазоны частот для развертываний FDD и TDD). Таким образом, операторы получают возможность внедрить LTE для новых и существующих полос. Первоначально это может быть там, где проще всего выполнить развертывание с полосами частот 10 или 20МГц. Но со временем LTE может быть развернут в каждом сотовом диапазоне.

Изначально терминалы и инфраструктура LTE будут поддерживать до четырех диапазонов частот. А это означает, что глобальное развертывание системы в дальнейшем произойдет при использовании нескольких частотных диапазонов.

В настоящее время подавляющее большинство коммерческих сотовых систем использует технологию FDD. Эффективность (равно как и распространенность) FDD в устройствах и оборудовании, как правило, более высока, по сравнению с TDD, которая, например, хорошо дополняет основную технологию, являясь недостающим звеном между восходящим и нисходящим каналами FDD.

Определяя параметры архитектуры LTE/SAE, участники 3GPP уделили особое внимание поддержке гибких сетевых конфигураций, а также обеспечению высокого уровня доступности услуг. В опорной сети, например, отделение функций управления (MME) от обработки плоскости пользователя увеличивает гибкость развертывания.

Для оптимизации обработки трафика с пакетными данными операторы могут разместить шлюзы в нескольких узлах сети, снизив нагрузку на транспортную сеть.

Данный подход позволяет также свести к минимуму задержку, что важно для оказания услуг реального времени.

LTE/SAE обеспечивает высокую доступность системы за счет объединения узлов опорной сети и позволяет централизовать функции MME, что дает возможность управлять опорной сетью в LTE. Для снижения расходов на эксплуатацию данные функции могут развертываться на центральных узлах, размещенных на парке серверов вместе с другими узлами управления. На практике это означает, что в случае отказа одного узла опорной сети БС могут подключиться к любому другому узлу опорной сети, входящему в состав объединенных ресурсов.

Эффективным способом развертывания архитектуры и функций LTE/SAE в сети W-CDMA/HSPA является модернизация существующих сетевых узлов. Данный метод особенно хорошо подходит в случае раннего развертывания системы, когда свободная емкость W-CDMA/HSPA может использоваться для поддержки LTE.

"Телеком. Коммуникации и сети." 3/2008, с. 52. Пер Беминг, Ларс Фрид, Геран Халл, Петер Мальм, Томас Норен, Магнус Олссон, Геран Руне. Компания Ericsson.

8. http://www.3gpp.org/article/lte 9. http://en.wikipedia.org/wiki/3GPP_Long_Term_Evolution 10. http://www.ericsson.com 11. Невдяев Л. М. Мобильная связь 3-го поколения. Серия изданий «Связь и бизнес», М., 2000—208 с. ISBN 5-93184-006-0.

Лекция 5.

Требования к функциональности системы Организация внутрисистемного взаимодействия.

Как было отмечено в предыдущих лекциях, стандарт LTE, базирующийся на технологии радиодоступа E-UTRA, призван значительно улучшить производительность оборудования конечного пользователя, повысить емкость базового оборудования и сократить время задержки отклика, тем самым, обеспечивая значительно улучшенный пользовательский интерфейс при полной мобильности. Поскольку протокол IP стал общепринятым выбором для работы со всеми типами трафика, стандарт LTE также строится на базе IP-архитектуры с обеспечением непрерывного качества обслуживания (QoS). Голосовой трафик будет представлять собой главным образом голос по IP (VoIP), способствуя лучшей интеграции с другими мультимедийными услугами.

В отличие от технологии HSPA, которая построена на архитектуре систем UMTS, для систем LTE проект 3GPP определил новую архитектуру опорной сети передачи данных, получившей название «Развитой опорной сети» - EPC (от англ. Evolved Packet Core). Сеть EPC будет поддерживать работу сети радиодоступа E-UTRAN через сокращение числа сетевых элементов, упрощение их функциональности, улучшенное резервирование, но что самое важное, она будет обеспечивать взаимодействие и «хэндовер» с другими проводными и беспроводными технологиями, предоставляя операторам и сервис-провайдерам возможность плавного внедрения услуг «непрерывной мобильности». Подсистема, поддерживающая работу сети EPC, получила название EPS (от англ. Evolved Packet Subsystem).

Перед стандартом LTE поставлены высокие требования по функциональности, которые основываются на использовании таких технологий физического уровня, как ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM), антенные системы с множественным приемом – множественной передачей (MIMO) и антенн с «интеллектом».

Таким образом, главными целями стандарта LTE определены: упрощение инфраструктурного и абонентского оборудования; гибкое освоение радиочастот как в существующих, так и в новых диапазонах частот; сосуществование и взаимодействие с другими технологиями радиодоступа семейства 3GPP и 3GPP-2.

Требования к функциональности систем LTE Как отмечалось ранее, предполагается, что E-UTRA будет поддерживать различные виды сервисов, включая работу в Интернете, обмен FTP файлами, видеосвязь, голос по IP (VoIP), сетевые игры, «живое» видео, услуги «push-to-talk» и «push-to-view». Поэтому, абонентские устройства LTE должны будут поддерживать достаточно высокие скорости передачи данных и малое время задержки отклика в качестве основных критериев функциональности, как обозначено в таблице 5.1.

Максимальная скорость передачи данных «вниз»:100Мбит/с, Поддержка мобильности до 500км/ч, но оптимально для более Время активации (время перехода от 100мс.

пассивного состояния к активному) Зона радиоохвата (размер соты) 5 – 100км. с началом отклонений на Максимальная полоса пропускания абонентского устройства (АУ), как ожидается, будет равна 20MГц как для передачи, так и для приема. При этом провайдеры услуг могут выбирать любую из перечисленных в табл.5.1 значений полосы пропускания для АУ. Это дает гибкость провайдерам в предложении услуг абонентам в соответствии с имеющимся у них размером радиочастотного ресурса, а также возможность постепенного наращивания своего бизнеса, при увеличении со временем доступного ресурса радиочастот.

Кроме указанных в таблице, перед стандартом LTE ставится также требование по сокращению общей стоимости системы и потребляемой ею мощности при поддержке обратной совместимости и эффективной миграции от систем UMTS. Улучшенная услуга «мультикаст», усовершенствованная поддержка непрерывного качества обслуживания (QoS), а также сокращение числа опций и функций резервирования в архитектуре сети также являются требованиями к стандарту LTE.

Спектральная эффективность систем LTE в направлении «вниз» будет в 3 - 4 раза выше, чем в релизе 6 технологии HSDPA, а в направлении «вверх», в 2 - 3 раза выше, чем в релизе 6 технологии HSUPA. Процедура «хэндовера» в LTE должна быть короче во времени, чем в сетях с коммутацией каналов в сотовых системах второго поколения.

Кроме этого, «хэндовер» между системой LTE и сетями 2G/3G должен быть непрерывным.

Основные компоненты архитектуры сети LTE/SAE Структурно архитектуру сети LTE/SAE можно разделить на два уровня: опорная сеть (CN) и сеть радиодоступа (RAN).

Усовершенствованная сеть радиодоступа (E-UTRAN) в сетях LTE/SAE отвечает, в частности, за осуществление нисходящего соединения, кодирование данных, маршрутизацию и пересылку пакетов.

Опорная сеть LTE/SAE в функциональном отношении включает в себя три ключевых компонента:

модуль управления мобильностью (Mobility Management Entity, MME) обеспечивает хранение служебной информации об абоненте и управление ею, генерацию временных идентификационных данных, авторизацию терминальных устройств в наземных сетях мобильной связи и общее управление мобильностью.

Служебный шлюз (Serving Gateway, SGW) играет роль шлюза между сетями Шлюз сети пакетных данных (Packet Data Network Gateway, PDN GW) выполняет функции, аналогичные с SGW, но служат для поддержки непрерывности сервиса при перемещении абонента между сетями, соответствующими и не соответствующими спецификациям 3GPP (I-WLAN и т.п.).

Последние два компонента представляют собой совершенно новые элементы архитектуры опорной сети мобильной связи и обязаны своим появлением упомянутому выше требованию поддержки мобильности при перемещении абонента между сетями разных типов. Функциональные элементы сети можно физически совмещать, либо распределять по сети — все зависит от особенностей применяемых продуктов и самой сети. Например, модули MME и SGW могут быть совмещены, либо находиться в разных узлах сети.

C целью упрощения структуры систем LTE, в настоящее время согласована архитектура сети, приведенная на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1. Архитектура верхнего уровня 3GPP LTE.

Усовершенствованная сеть радиодоступа (E-UTRAN) Сеть E-UTRAN состоит из единого узлового уровня, т.е. узла уровня NodeB (eNB), который связывается с АУ с помощью интерфейса LTE-Ub. Узел eNB поддерживает протоколы следующих уровней: физического (PHY), управления доступом к среде (МАС), управления радиоканалом (RLC) и управления пакетными данными (PDCP), которые выполняют функции сжатия заголовка и кодирования на абонентской плоскости.

Также узел eNB выполняет функции управления радиоресурсом (RRC), управления доступом, планирования сети, обеспечения согласованного уровня QoS в направлении «вверх», широковещательных статусных сообщений, кодирования/декодирования данных на абонентской и управляющей плоскостях, а также компрессия/декомпрессия заголовков пакетов в направлениях «вниз» и «вверх» на абонентской плоскости.

Модуль управления мобильностью (MME) Модуль MME – является ключевым узлом управления в сети радиодоступа LTE. Он ответственен за отслеживание АУ, находящихся в режиме ожидания и за процедуру посылки коротких сообщений для активации АУ, включая повторные передачи трафика.

Он также вовлечен в процедуру активации/деактивации однонаправленного канала и за первоначальный выбор шлюза SGW для АУ, а при «хэндовере» внутри сети LTE, модуль ММЕ участвует в процедуре переадресации между узлами опорной сети (CN).

ММЕ осуществляет аутентификацию АУ при взаимодействии с сервером абонентов собственной сети (Home Subscriber, Server, HSS). Так как сигналы уровня, не связанного с предоставлением доступа (NAS) заканчиваются в модуле MME, то в нем также генерируются и назначаются временные ID абонентских устройств. Таким образом, ММЕ ответственен за проверку авторизации АУ, обслуживаемых в сети провайдера мобильных услуг общего пользования, и за ограничения по доступу к роумингу.

Модуль ММЕ также является границей уровня (termination point) в сети для обеспечения шифрования и защиты целостности сигналов уровня NAS и осуществляет управление защитными ключами. Законный перехват сигналов тоже выполняется на этом модуле. ММЕ ответственен за функции мобильности на управляющей плоскости между LTE и сетями радиодоступа 2G/3G с использованием интерфейса S3, для связи с узлом SGSN. И наконец, ММЕ поддерживает функцию роуминга АУ через интерфейс S6a с сервером HSS.

Обслуживающий шлюз (SGW) Обслуживающий шлюз - Service GW является опорной точкой для мобильности в рамках системы LTE. Он выполняет функции маршрутизации абонентских пакетов данных, также выступая в качестве опорной точки для мобильности на абонентской плоскости при «хэндовере» между сотами и как привязка между сетями LTE и другими технологиями 3GPP с использованием интерфейса S4, (тем самым, обеспечивая обмен трафиком между системами 2G/3G и шлюзом сети передачи данных - PDN GW). Шлюз обеспечивает управление и хранение данных применительно к АУ, т.е. параметры IPканала, внутренняя сетевая информация по маршрутизации и т.д. Он также выполняет повторную передачу пакетов абонентского трафика в случае законного перехвата.

Шлюз сети пакетных данных (PDN GW) Шлюз сети пакетных данных служит общей опорной точкой для всех технологий доступа, обеспечивая стабильную IP-точку присутствия для всех пользователей вне зависимости от мобильности в рамках одной или нескольких технологий доступа.

Шлюз PDN GW обеспечивает связь АУ с внешними сетями пакетных данных, являясь точкой выхода и входа трафика для АУ. АУ может иметь одновременное соединение с несколькими шлюзами PDN GW и соответственно подключаться к нескольким сетям пакетных данных. Шлюз также осуществляет контроль выполнения установок, фильтрацию пакетов для каждого абонента, поддержку услуг тарификации, законного перехвата и «скрининга» пакетов данных.

Другая важная функция шлюза PDN GW – это обеспечение соединения для мобильности между сетями технологий 3GPP и не-3GPP, типа WiMAX, а также технологий 3GPP2 (CDMA 1X и EvDO).

Организация внутрисистемного взаимодействия.

Сети GSM и W-CDMA/HSPA интегрируются в сеть LTE/SAE посредством стандартизованных интерфейсов, соединяющих узел SGSN (обслуживающий узел поддержки GPRS) и усовершенствованную опорную сеть. Сюда входят интерфейсы с MME для передачи контекста и установки каналов при перемещении между технологиями доступа, а также со шлюзом для установки IP-соединения с пользовательским оборудованием (АУ). Так что для терминалов GSM и W-CDMA/HSPA узел шлюза функционирует в качестве GGSN (узла поддержки шлюза GPRS).

Данная архитектура позволяет также создавать общую опорную пакетную сеть для GSM, W-CDMA/HSPA и LTE путем соединения SGSN и MME в одном узле.

Сервер абонентов собственной сети (Home Subscriber, Server, HSS) подключается к пакетной опорной сети через интерфейс, который, скорее всего, будет базироваться на протоколе Diameter, а не на SS7. Это позволит создать унифицированное и более простое решение для плоскости управления в IP-сети, поскольку сетевая сигнализация для управления правилами и тарификации уже базируется на протоколе Diameter.

Базовые станции LTE подключаются к опорной сети через интерфейс RAN-CN.

MME обрабатывает сигналы управления, например для мобильности. Пользовательские данные пересылаются между узлами базовых станций и шлюзов через транспортную инфраструктуру на базе IP. Для поддержки высокоскоростного перехода обслуживания терминалов в активном режиме каждая базовая станция LTE логически подключена ко всем прилежащим базовым станциям.

Характеристики подсистемы EPS Главное предназначение подсистемы EPS – это разделение сетевых узлов, выполняющих функции плоскости управления (MME), от узлов, выполняющих функции плоскости канала связи (SGW), с четко определенным открытым интерфейсом между ними (S11). Так как E-UTRAN будет поддерживать полосы пропускания достаточно широкие, чтобы обеспечить новые услуги и улучшить существующие, то разделение ММЕ от SGW подразумевает, что SGW может быть основанным на платформе, оптимизированной для обработки высокоскоростных пакетов, тогда как ММЕ может базироваться на платформе, оптимизированной для маршрутизации сигналов. Это дает возможность независимой конфигурации сети и выбора наиболее экономически эффективной платформы для каждого из этих двух элементов. Также, в пределах топологии сети провайдеры услуг могут выбирать места размещения шлюзов SGW независимо от расположения модулей ММЕ с целью максимального использования полосы пропускания, сокращения времени задержки отклика и во избежание кучных отказов.

Механизм S1-flex Механизм S1-flex призван для обеспечения резервирования сети и равномерного распределения нагрузки трафика между сетевыми элементами в опорной сети, ММЕ и SGW. Это достигается за счет создания групп модулей ММЕ и шлюзов SGW для того, чтобы каждый узел eNB мог быть связанным с несколькими модулями ММЕ и SGW, объединенными в группы.

Совместное использование сети Архитектура LTE дает провайдерам услуг уникальную возможность сокращения своих капитальных и эксплуатационных затрат по развертыванию сетей, позволяя создавать отдельные узлы опорной сети (ММЕ, SGW, PDN GW) на базе единой, совместно используемой сети радиодоступа E-UTRAN (eNBs). Это обеспечивается благодаря применению механизма S1-flex, который позволяет связывать каждый узел eNB с несколькими элементами опорной сети. Когда АУ подключается к сети, оно соединяется с соответствующими узлами опорной сети, основываясь на ID провайдера услуг, посланного АУ.

http://www.motorola.com TECHNICAL WHITE PAPER: Long Term Evolution (LTE):

A Technical Overview.

13. "Телеком. Коммуникации и сети." 3/2008, с. 52. Пер Беминг, Ларс Фрид, Геран Халл, Петер Мальм, Томас Норен, Магнус Олссон, Геран Руне. Компания Ericsson.

14. http://www.ericsson.com FULL SERVICE BROADBAND ARCHITECTURE. White 15. http://en.wikipedia.org/wiki 16. Т. Блайич. Эволюция радиосети доступа в мобильных системах третьей генерации.

Эрикссон Никола Тесла а.о., Загреб, Хорватия, 2006.

Лекция Технические характеристики систем LTE Организация радиоинтерфейса.

Используемые методы и технологии для обеспечения качества Организация радиоинтерфейса системы LTE В этом разделе будут описаны функции различных уровней протокола и их расположение в архитектуре LTE/SAE. На рис. 6.1 и 6.2 приведены стеки протоколов управляющей и абонентской плоскостей, соответственно.

В плоскости управления используется протокол NAS (Non-access stratum - уровень, не связанный с предоставлением доступа), который располагается между MME и АУ, и используется для функций управления, таких как привязка к сети, аутентификация, установка каналов связи и управление мобильностью.

Все сообщения NAS закодированы, а их целостность защищена модулем MME и АУ.

Уровень RRC (контроль радиоресурсами) в шлюзе eNB принимает решения по «хэндоверу», основываясь на информации о параметрах соседних сот, полученных от АУ;

отправляет короткие сообщения для АУ; широковещательную системную информацию о сети; управляет сообщениями АУ о параметрах сети, таких как периодичность сообщений с «информацией о качестве канала» (Channel quality index - CQI) и распределяет на уровне соты временные идентификаторы активных АУ. Уровень также выполняет передачу контекста для АУ от передающего eNB к принимающему eNB во время «хэндовера», и осуществляет защиту целостности сообщений RRC. Уровень RRC также ответственен за установку и обслуживание радиоканалов.

компрессию/декомпрессию заголовков абонентских IP пакетов за счет использования метода «Устойчивого сжатия заголовков» (ROHC), для достижения эффективного использования пропускной способности интерфейса. Этот уровень также выполняет кодирование данных на управляющем и абонентском плоскостях. Поскольку сообщения NAS передаются на уровне RRC, то они оказываются двукратно (считай, надежно) закодированными и защищенными в плане целостности, как находясь в модуле MME, так и снова в узле eNB.

Уровень RLC (управления радиоканалом) используется для форматирования и передачи трафика между АУ и eNB. RLC обеспечивает три режима надежности для передачи данных – подтвержденный (АМ), неподтвержденный (UM) и прозрачный (ТМ) режимы. Режим UM используется для передачи в реальном масштабе времени (РМВ) трафика, чувствительного к задержкам и не допускающего повторных передач. Режим AM, напротив, применим для трафика, не требующего РМВ, например, для загрузки файлов. Ну а режим ТМ используется, когда размеры пакетов данных известны заранее, например, при широковещательной передаче системной информации. Также уровень RLC обеспечивает поочередную передачу сервисных блоков данных (SDU) на более верхние уровни и защищает их от повторных передач SDU. На уровне RLC также осуществляется сегментация блоков SDU в зависимости от условий радиосреды.

Для обеспечения надежности используются два механизма повторных передач пакетов, а именно, гибридный автоматический запрос на повтор (HARQ) на уровне МАС и внешний автоматический запрос на повтор (ARQ) на уровне RLC. Внешний механизм ARQ предназначен для работы с остаточными ошибками, не исправленными на уровне HARQ, который преднамеренно сохранен простым и использует механизм откликов на одиночные битовые ошибки. Здесь применен процесс многоканальной обработки (Nprocess) механизма HARQ, функционирующий по принципу "остановиться и ждать" Stop and Wait (SAW) и который имеет асинхронные повторные передачи в направлении «вниз» и синхронные повторные передачи в направлении «вверх».

При синхронном режиме повторные передачи блоков HARQ происходят в строго определенных временных интервалах. При этом, соответственно нет необходимости в дополнительных сообщениях, указывающих приемнику о графике повторных передач.

При асинхронном же режиме механизма HARQ используется гибкое планирование повторных передач, основанных на условиях радиоинтерфейса. На рисунках 6.3. и 6.4.

приведены структуры уровня 2 для связи в направлении «вниз» и «вверх», соответственно. Уровень 2 состоит из уровней PDCP, RLC и МАС.

Рис. 6.3. Структура уровня 2 в направлении «вниз».

Рис. 6.4. Структура уровня 2 в направлении «вверх»

В стандарте LTE сделаны значительные усилия по сокращению количества и упрощению схем распределения логических и транспортных каналов. Различные типы логических и транспортных каналов системы LTE проиллюстрированы на рисунках 6.5 и 6.6, соответственно.

Транспортные каналы различают в соответствии с характеристиками передаваемых по радиоинтерфейсу данных (например, по схеме адаптивной модуляции и кодирования).

Уровень МАС выполняет распределение между логическими и транспортными каналами, планирует различные АУ и их сервисы в обоих направлениях («вниз» и «вверх») в зависимости от их относительных приоритетов и выбирает наиболее подходящий формат транспорта. Логические каналы характеризуются передаваемой по ним информацией.

Распределение логических каналов на транспортные каналы показано на рисунке 6.7.

Распределения, выделенные пунктирной линией, все еще изучаются проектом 3GPP.

Рис. 6.7. Распределение логических каналов на транспортные каналы в системе LTE.

Физический уровень узла еNB отвечает за защиту данных от ошибок в канале связи за счет использования схем адаптивной модуляции и кодирования (AMC) с учетом состояния канала. На этом же уровне осуществляется частотная и временная синхронизация, а также обработка радиочастот, включая процедуры модуляции и демодуляции. Кроме того, здесь же создаются отчеты по состоянию от АУ (такие как CQI) и передаются на более верхние уровни. Минимальный модуль планирования – частотновременной блок, который соответствует одному субфрейму (1мс) и 12 поднесущим.

Планирование не проводится на уровне поднесущих, чтобы ограничить объем сигналов управления. В технологии E-UTRA в качестве схем модуляции используются QPSK, 16QAM и 64QAM в направлениях «вниз» и «вверх», причем для направления «вверх»

метод 64QAM реализован в АУ в качестве опционального (выборочного).

Конфигурация разнесенных антенн в АУ построена по схеме: 2 приемные и передающая антенны (т.е. соответствует уровню MISO), и это является обязательным требованием. На уровне eNB реализована схема MIMO (множественный прием и множественная передача) с двумя приемными и двумя передающими антеннами, и это также является базовым требованием конфигурации. Доступ на основе ортогонального частотного мультиплексирования (OFDMA) с шириной поднесущей в 15 кГц принят в качестве схемы передачи в направлении «вниз» и доступ на основе частотного мультиплексирования с одной несущей (SC-FDMA) – в направлении «вверх». Длина фрейма составляет 10мс. и включает в себя 10 субфреймов по 14 OFDM-символов в каждом.

Используемые методы и технологии для обеспечения качества обслуживания – (Quality of Service, QoS) Изучив целый ряд технологий многостанционного доступа, проект 3GPP, как отмечалось выше, остановился на технологии OFDM для нисходящего канала и технологии SC-FDMA — для восходящего. Сделанный выбор поддерживает не только гибкость спектра, но и удовлетворяет строгим критериям, предъявляемым к пропускной способности каналов, эффективности использования спектра, а также качеству обслуживания.

Поскольку существующая концепция QoS для систем GSM и W-CDMA несколько сложна, разработчиками LTE/SAE была предпринята попытка реализации концепции QoS, которая бы объединила в себе простоту и гибкость доступа с поддержкой обратной совместимости. В системе LTE/SAE используется концепция качества обслуживания, основанная на классах. Она предлагает операторам простое, но эффективное решение для дифференцирования различных пакетных услуг.

Значительное внимание в разработках 3GPP уделено обеспечению качества обслуживания, выбору сети и использованию идентификационных данных. Появление многорежимных терминалов, предназначенных, например, для работы в сетях Wi-Fi и сотовой связи, позволяет обслуживать абонентов с применением разных технологий радиодоступа. В этой связи в SAE/EPS предусмотрены механизмы выбора наиболее удобной инфраструктуры для предоставления услуг, необходимых абоненту. При выборе идентификаторов для абонентских и сетевых устройств, которые используются в целях адресации, обеспечения мобильности, удержания соединения, защиты данных и т.д., авторы спецификаций проявили максимальную гибкость. В сетях нового типа допускается как повторное использование идентификаторов, применяемых в сетях GSM и UMTS, так и идентификационных данных, отражающих появление в сетях E-UTRAN новых функций. Кроме того, в релизе 8 3GPP появился ряд возможностей, направленных на повышение уровня информационной безопасности в сетях мобильной связи нового поколения.

Как отмечают разработчики SAE, предложенные ими архитектурные изменения позволят значительно уменьшить задержки при передаче данных, которые особенно критичны для таких приложений, как VoIP или онлайновые интерактивные игры. К примеру, для коротких IP-пакетов и небольшой сетевой нагрузки суммарная задержка при обращении пакета по сети LTE/SAE должна составлять около 5 мс при полосе пропускания 5 МГц и свыше 10 мс для меньших полос. Эти значения, по крайней мере, на 50% лучше аналогичных показателей наиболее совершенных из нынешних сетей 3G.

Требования, относящиеся к сокращению задержек при установлении соединения, ведут к потенциальной эволюции нынешней концепции качества услуг 3GPP, которая сможет предоставлять операторам простые и эффективные механизмы для контроля QoS.

Логическое соединение в сети LTE/SAE связано с заданным уровнем QoS (такое соединение можно назвать туннелем). Пользователь может иметь много различных туннелей, связанных с различными уровнями QoS. (В современных 3G сетях такой туннель состоит из PDP контекста и присоединенного канала радиодоступа (Radio Access Bearer, RAB)). Сокращение задержек при установлении соединения возможно, если туннели установлены заранее (т.е. до запуска сессии связи, связанной с данным туннелем). Такое предварительное установление требует меньше системных сигналов во время установления сессии и, таким образом, сокращает время задержки. Причем туннели можно было бы устанавливать сразу после включения АУ. Такой подход можно было бы использовать и для туннелей, связанных с услугами, требующими гарантированной скорости передачи данных (Guaranteed Bandwidth, GB), подобно услугам VoIP. Чтобы предварительно установленные туннели были реализуемыми и эффективными, требуется выполнить следующие процедуры:

• разделить управление доступом (admission control) и установления туннеля на две отдельные процедуры, т.к. в противном случае ресурсы, требуемые для предварительно установленных туннелей, резервировались бы без надобности;

• обеспечить операторам лучший контроль над уровнями качества услуг, присвоенными предварительно установленным туннелям. Это можно осуществить определением управляемых сетью процедур для установления туннелей;

• обеспечить операторам лучший контроль над уплотненными потоками приложений в предварительно установленных туннелях. Это можно осуществить в случае, если сети предоставлен контроль над фильтрами пакетов, которые служат для распределения (mapping) нагрузки на различные туннели.

Такая архитектура качества услуг обеспечила бы операторам полный контроль над уровнями QoS, связанными с каждым отдельным туннелем, над определением момента, в котором устанавливаются отдельные туннели, и над потоками приложений, отображенных на отдельные туннели. Таким образом, был получен механизм для эффективной поддержки контроля качества услуг.

Понятие качества обслуживания - QoS QoS (англ. Quality of Service — качество обслуживания) — этим термином в области компьютерных сетей называют вероятность того, что сеть связи соответствует заданному соглашению о трафике или же, в ряде случаев, неформальное обозначение вероятности прохождения пакета между двумя точками сети.

Механизм работы Для большинства случаев качество связи определяется четырьмя параметрами:

Полоса пропускания (Bandwidth), описывает номинальную пропускную способность среды передачи информации, определяет ширину канала. Измеряется в bit/s (bps), kbit/s (kbps), Mbit/s (Mbps).

Задержка при передаче пакета (Delay), измеряется в миллисекундах.

Колебания (дрожание) задержки при передаче пакетов — джиттер (Jitter).

Потеря пакетов (Packet loss). Определяет количество пакетов, потерянных в сети во время передачи.

Для простоты понимания канал связи можно представить в виде условной трубы, а пропускную способность описать как функцию двух параметров: ширины трубы и е длины.

Когда передача данных сталкивается с проблемой «бутылочного горлышка» для прима и отправки пакетов на роутерах то обычно используется метод FIFO: первый пришел — первый ушл (First In — First Out). При интенсивном трафике это создат заторы, которые разрешаются крайне простым образом: все пакеты не вошедшие в буфер очереди FIFO (на вход или на выход) игнорируются роутером, и соответственно теряются безвозвратно.

Более разумный метод — использовать «умную» очередь, в которой приоритет у пакетов зависит от типа сервиса — ToS. Необходимое условие: пакеты должны уже нести метку типа сервиса для создания «умной» очереди. Обычные пользователи чаще всего сталкиваются с термином QoS в домашних роутерах с поддержкой QoS. Например весьма логично дать высокий приоритет VoIP пакетам и низкий — пакетам FTP, SMTP и клиента файлообменной сети.

Модели QoS Негарантированная доставка — Best Effort Service Наличие марки ToS Best Effort Service не является механизмом тонкого регулирования, и является признаком простого увеличения пропускной способности без какого-либо выделения отдельных классов трафика и регулирования.

Интегрированный Сервис — Integrated Service (IntServ) Модель интегрированного обслуживания обеспечивает сквозное (End-to-End) качество обслуживания, гарантируя необходимую пропускную способность. IntServ использует для своих целей протокол сигнализации RSVP, который обеспечивает выполнение требований ко всем промежуточным узлам. В отношении IntServ часто используется термин — резервирование ресурсов (Resource reservation).

Дифференцированное обслуживание — Differentiated Service (DiffServ) Обеспечивает QoS на основе распределения ресурсов в ядре сети и определенных классификаторов и ограничений на границе сети, комбинируемых с целью предоставления требуемых услуг. В этой модели вводится разделение трафика по классам, для каждого из которых определяется свой уровень QoS. DiffServ состоит из управления формированием трафика (классификация пакетов, маркировка, управление интенсивностью) и управления политикой (распределение ресурсов, политика отбрасывания пакетов). DiffServ является наиболее подходящим примером «умного»

управления приоритетом трафика.

Приложения, требующие QoS Определнное качество обслуживания может потребоваться для ряда сетевых приложений, в частности:

потоковые мультимедиа-приложения требуют гарантированную пропускную способность канала VoIP и видеоконференция требуют небольших значений джиттера и задержки ряд приложений, например как удалнная хирургия, требуют гарантированный уровень наджности Альтернативное определение и субъективная оценка QoS Другим методом оценки качества, особенно в IP-телефонии и IP-ТВ является метрический метод, который отражает или предсказывает субъективно опытное качество.

Используются субъективные оценки и показатели типа — «пользователь чувствовал работу», «степень удовлетворения пользователя», «число счастливых клиентов». Метод носит название Mean Opinion Score (MOS), или Качество исходя из Опыта (QoE) — абсолютно субъективное понятие, или Метод Экспертных Оценок. В этом контексте, QoS — совокупный эффект от удовлетворения заказчика сервисов, затрагивающих все виды обслуживания. Это определение оценивает соответствующее приложение в виде субъективной оценки и корректируется соответствующими коэффициентами о: времени ответа, наличия и величины провалов, шумов, слышимых посторонних разговоров, уровня громкости, частотной характеристики, заметного эха, и т. д., и также включает субъективную оценку обслуживания (служба поддержки).

Миф о 20 процентах в Windows XP Многие «продвинутые пользователи» полагают, что сетевая служба QoS в Windows XP резервирует 20% пропускной способности любого канала постоянно (и поэтому рекомендуют отключать данную службу). Однако это не соответствует истине. В последней редакции (от 16 июня 2006 года) статьи 316666 базы знаний Microsoft присутствует следующее заявление:

В некоторых публикациях и группах новостей заявлялось, что Windows XP всегда резервирует под нужды механизма QoS 20% доступной полосы пропускания. Данное утверждение неверно… В Windows XP, как и в Windows 2000, программы используют планировщик пакетов QoS посредством интерфейсов API QoS. Если отсутствуют программы, требующие приоритетного доступа к сети, то программы сообща используют всю пропускную способность сети. Если программа «зарезервировала» пропускную способность, но не передает данные, то эта пропускная способность также может использоваться остальными программами. По умолчанию на конечном компьютере программа может резервировать до 20% суммарной пропускной способности каждого интерфейса. Если программа, зарезервировавшая пропускную способность, использует е не полностью, то неиспользуемая часть доступна для других программ.

В самом деле, тесты показали, что отключение QoS не дат прироста в скорости.

Лекция Организация радиоинтерфейса систем LTE Требования к функциональности технологии LTE E-UTRA Требования к функциональности технологии LTE E-UTRA сводятся главным образом к созданию оптимизированной системы доступа на основе пакетной коммутации с высокой скоростью передачи данных и малой задержкой отклика. Примерами намеченных услуг являются телевидение высокой четкости (HDTV), кино по требованию (Movie on Demand) и голос по IP-сетям (VoIP). Основные требования к функциональности систем LTE E-UTRA на физическом уровне приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 Основные требования к функциональности систем LTE E-UTRA.

A. Каналы нисходящей связи на основе технологии OFDM Как отмечалось ранее, для выполнения требований к функциональности в каналах нисходящей связи сетей E-UTRA выбрана технология ортогонального частотного мультиплексирования OFDM, поскольку она позволяет наиболее эффективно работать с комплексными радиоканалами, имеющими несколько поднесущих, с использованием несложных приемников. OFDM позволяет осуществлять частотное планирование как на частотно-избирательной, так и частотно-разнесенной основах, что позволяет на уровне соты повторно использовать доступную полосу пропускания. Кроме того, благодаря своей частотно-разделенной природе, технология OFDM позволяет работать с различными полосами пропускания, не усложняя при этом инфраструктуру. Технологии «умных»

антенн также легче реализовать с использованием OFDM, поскольку каждая поднесущая имеет неглубокое замирание, и вес антенн можно оптимизировать под отдельную поднесущую (или группу поднесущих). Более того, технология OFDM позволяет осуществлять услуги широковещательных вызовов с использованием механизма синхронизированной сети с одной частотой (single frequency network, SFN) с соответствующим набором циклических префиксов. Такой механизм позволяет объединять по радиоэфиру широковещательные сигналы различных сот, таким образом, значительно увеличивая мощность сигнала на приеме и скорость передачи данных для соответствия широковещательным услугам.

Для обеспечения большей операционной гибкости, спецификации физического уровня E-UTRA не привязаны жестко к полосам пропускания и сконфигурированы для работы в полосах в 20 МГц. В таблице 7.2 приведены количественные данные субфреймов нисходящего канала для различных полос пропускания.

Таблица 7.2. Количественные характеристики технологии E-UTRA Поднесущие с одной из двух длин циклических префиксов (cyclic prefix,CP) могут быть мультиплексированы по времени, с короткой группировкой для индивидуальной передачи и длинной - для использования в больших сотах или широковещательной передачи SFN. Полезная длина символа остается постоянной по всей полосе пропускания.

Ширина поднесущей в 15 кГц достаточно велика, чтобы избежать потери из-за фазовых шумов и Доплеровского эффекта (при скорости 250км/ч в полосе 2,6ГГц) при использовании модуляции 64QAM.

На рисунке 7.1. показана меточная структура сигнала нисходящей линии, используемая для оценки радиоканала, измерений показателя качества канала CQI и поиска и соединения с сотой.

Рисунок 7.1. Меточная структура сигнала нисходящей линии для нормального циклического префикса и двух передающих антенн.

Символы метки (Reference symbols, RS) расположены в 1-ом OFDM-символе (1-ая RS) и в 3-ем с конца OFDM-символе (2-ая RS) каждого субфрейма с микро-временем ожидания, задействованным за счет наличия декодируемого управления без использования 2-ой RS. Например, в режиме FDD можно сократить нагрузку трафика, не передавая 2-ую RS, по крайней мере, при низких и средних скоростях связи, так как смежные субфреймы могут быть часто использованы для улучшения работы оценки радиоканала. Такая структура с двойным (или одинарным) временным мультиплексированием (TDM) имеет такие же рабочие характеристики, как и рассредоточенная структура c субфреймами длиной в 0,5мс, а преимуществами являются поддержка упрощенной функции оценки радиоканала (методом интерполяции);

несложных методов оценки радиоканала, типа MMSE-FIR (minimum mean square error with finite impulse response) и методов, основанных на IFFT. Для реализации распределения ортогональных сигналов на несколько антенн, используется частотное мультиплексирование FDM для различных передающих антенн одной соты, и кодовое мультиплексирование CDM для различных сот.

B. Каналы восходящей связи на основе технологии SC-FDMA В каналах восходящей связи выбрана технология доступа с частотным мультиплексированием на одной несущей SC-FDMA, которая обеспечивает эффективное выполнение требований к функциональности сетей E-UTRA. Технология SC-FDMA имеет много схожестей с OFDM, главная из которых в том, что в восходящей линии частотная ортогональность реализована на уровне абонентов внутри соты, и это позволяет управлять объемом интерференции, создаваемой внутри соты. Также, SC-FDMA обеспечивает малое падение мощности усилителя, что приводит к продлению срока службы аккумуляторов абонентских терминалов и увеличению дальности связи. Основу обработки сигнала в SCFDMA составляет метод дискретного преобразования Фурье распределенных OFDMсимволов (DFT-SOFDM), как показано на рис 7.2.

Рисунок 7.2. Блок-схема обработки сигнала в SC-FDMA Единственное различие от технологии OFDM – это добавление механизма FFT для массива М в схеме, который распределяет М-символы на М-поднесущих, выбираемых в процессе распределения «символ-поднесущая». Выбираемые поднесущие должны также быть либо смежными, либо равномерно распределенными для поддержания малого падения мощности усилителя. Сигнал при этом рассматривается как одна несущая, поскольку начальное преобразование FFT М-массива нейтрализуется обратным преобразованием IFFT большего N-массива, которое возвращает сигнал в исходное состояние на одной несущей с временным разделением. Приемная сторона при этом может использовать простую частотную обработку. Преимущество использования DFTSOFDM как механизма преобразования сигнала в SC-FDMA в том, что благодаря ему количественные характеристики сигнала соответствуют характеристикам нисходящей линии на OFDM с превосходным заполнением спектра за счет формирования импульсных сигналов с помощью обратного преобразования IFFT. Количественные характеристики OFDM сигнала предусматривают дополнительные свободные поднесущие нисходящей линии для упрощения архитектуры приемника, хотя эти свободные поднесущие не могут не влиять на достоинство DFT-SOFDM в малом падении мощности усилителя. В таблице 7.2 также представлены характеристики субфреймов восходящей линии для различных полос пропускания. В канале восходящей связи поддерживаются два типа сигналов метки RS - сигнал метки демодуляции, связанный с передачей восходящего трафика и/или сигнал метки для управления и зондирования, не связанный с передачей данных, а используемой главным образом для определения качества канала, если используется механизм планирования каналов на основе их качества. Ортогональность сигналов метки достигается за счет частотного мультиплексирования на четкий набор поднесущих. Длина последовательности сигналов RS равна числу поднесущих в ресурсных блоках. Для размещения 3 или более ресурсных блоков, вырабатывается последовательность RS сигналов демодуляции за счет усечения, так называемых, ZC-последовательностей (по имени авторов Zadoff-Chu). Для меньших размещений используется последовательность, сгенерированная компьютером.

C. Структура фрейма Структура фрейма E-UTRA приведена на рисунке 7.3, где каждый радио-фрейм длиной в10мс состоит из десяти субфреймов длиной в 1мс. Для частотного дуплексного разноса FDD, восходящая и нисходящая линии разделены в частотной области. При использовании временного дуплекса TDD, каждый субфрейм относится либо к нисходящей, либо к восходящей линии. Здесь отметим, что для TDD, субфреймы 0 и всегда используются для нисходящей линии. В технологии E-UTRA существует и альтернативная структура фрейма, и она обеспечивает совместимость с сетями на технологии с малой чиповой скоростью LCR-TDD. Однако в данном курсе мы будем рассматривать только структуру фрейма, изображенную на рисунке 7.3.

(Здесь базовая единица времени Ts принята равной 1/30720 мс.) D. Расширение существующих механизмов Релиза 6 UMTS В существующих стандартах UMTS были стандартизированы несколько передовых методов пакетной передачи данных, в частности, метод быстрой адаптации канала (адаптивная модуляция и кодировка с гибридным ARQ) для фреймов малой длины.

Таблица 7.3 иллюстрирует существующие механизмы Релиза 6 UMTS и их возможное развитие до уровня E-UTRA.

Таблица 7.3. Существующие механизмы Релиза 6 UMTS и их возможное развитие до уровня E-UTRA В нисходящей и восходящей линиях E-UTRA, частотное (или частотноселективное) планирование (frequency domain (or selective) scheduling, FDS) может значительно (на 20-30 %) улучшить емкость системы по сравнению с временным планированием (time domain scheduling, TDS). Причем, в системе E-UTRA поддерживается как частотно-селективное, так и частотно-разнесенное планирование.

Последнее может использоваться для передач на высоких скоростях, для работы на краях сот, услуг с малой нагрузкой и для некоторых каналов управления.

F. Много-антенная подсистема (MAS) и MIMO Для удовлетворения требований E-UTRA по пиковым скоростям передачи данных, в системе должно поддерживаться мультиплексирование с пространственным разносом множественных потоков данных к одному абонентскому терминалу. Для этого необходимо применить, по меньшей мере, две, а то и четыре передающие антенны.

Благодаря использованию метода многостанционного доступа с пространственным разделением (spatial division multiple access, SDMA) в системе E-UTRA может работать как однопользовательский режим MIMO, так и многопользовательский режим MIMO, позволяющий передавать различные потоки данных различным абонентам в пределах одной ресурсной области. Для каналов управления будут применены схемы с разносом передачи без обратной связи, например схема разноса с циклическим сдвигом или схема пространственно-временных блочных кодов. Для поддержания режима работы MIMO с обратной связью для общего канала данных необходимы обратная связь по канальной информации или данные предварительного кодирования.

G. Сокращение интерференции Для достижения максимальной спектральной эффективности фактор повторного использования частоты, равный 1, предложен для направлений «вниз» и «вверх».

Межсекторная и межсотовая интерференция могут представлять серьезную проблему для абонентских терминалов, находящихся на краях сот или в местах с плохим радиоохватом.

Управление мощностью в восходящем канале позволяет сокращать интерференцию за счет координации, предотвращения или усреднения интерференции. Решения с узконаправленными антеннами на базовой станции также могут быть применены как средство сокращения межсотовой интерференции в восходящем канале.

Суть технологии MIMO (англ. Multiple Input Multiple Output) — технология передачи данных, согласно которой исходящий поток данных разделяется в демультиплексоре на N потоков для обработки и передачи по отдельным передающим трактам. На приемной стороне имеется M приемных трактов, данные с которых проходят через мультиплексор и обрабатываются по специальным алгоритмам, позволяющим снизить число ошибок приема данных, вызванных искажениями в канале передачи и пространственной корреляцией сигналов.

Математическое обоснование Предположения и допущения: Имеем N передающих элементов и M приемных.

Свойства канала от n-ного элемента к m-ному описываются коэффициентом передачи канала hnm. Данные коэффициенты образуют матрицу размера NxM.

Коэффициенты матрицы hnm не являются постоянными, но зависят от случайных амплитуды и фазы, сдвиги которых обусловлены наличием многолучевого распространения сигнала.

Преобразования сигналов на передающем и приемном концах выполняется специальной диаграммообразующей схемой (ДОС).

— матрица передаваемых сигналов;

— матрица собственных шумов приемных элементов антенны;

— матрица принятого сообщения.

Сигнал на приемной стороне записывается следующим образом:

Задача обработки сигнала MIMO на приемной стороне Существует три основных вида алгоритмов обработки сигналов на приемной стороне:

алгоритмы, основанные на методе максимального правдоподобия (ML, Maximum Likelihood);

алгоритмы, основанные на методе минимальных среднеквадратичных отклонений алгоритмы, основанные на методе форсирования нуля (обнуления) (zero forcing, Также существует разделение на ортогональные и неортогональные методы кодирования/декодирования.

Основной задачей любого метода является поиск решений из числа всех возможных по наименьшему евклидову расстоянию между переданным символом и одним из возможных (2K) решений.

Метод МСКО предполагает декодирование принятого сигнала по формуле:

Метод форсирования нуля предполагает декодирование по формуле:

Метод максимального правдоподобия основан на поиске минимального расстояния от принятого символа до одного из возможных значений сигнального созвездия. Поиск «слепым» перебором наиболее труден, поскольку число операций здесь пропорционально, где K — кратность манипуляции.

Для снижения вычислительной сложности этой задачи декодирование разделяется на этапа:

«мягкое» декодирование, то есть приведение принятого символа к одному из 2G решений. При том, что G K.

«жесткое декодирование», то есть определение окончательного решения путем нахождения наименьшего дискретного расстояния Хэмминга между «мягким» и «жестким» решениями.

Методы пространственно-временного кодирования Блочные методы пространственно-временного кодирования.

Упрощенно принцип блочного кодирования заключается в разбиении потока данных на блоки и ретрансляции блока в различные временные интервалы. Таким образом, соблюдается принцип неоднократной посылки данных и улучшается помехоустойчивость схемы MIMO как таковой. Однако энергетического выигрыша кодирования по помехоустойчивости (ЭВК) блочные коды не дают. Наиболее простой и распространенной схемой является т. н. Схема Аламоути, согласно которой данные в кодере распределяются в соответствии с матрицей:

Декодирование происходит по схеме максимального правдоподобия.

Решетчатое пространственно-временное кодирование Пропускная способность системы в целом и ее BER также в немалой степени определяются выбранными алгоритмами декодирования. Все основные алгоритмы декодирования строятся на следующих возможных принципах:

принцип максимального правдоподобия;

принцип минимальной среднеквадратичной ошибки;

принцип обнуления ( ZF- zero forcing );

принцип решетчатого кодирования (выражается в присвоении каждому переходу от одного символа к другому уникальной последовательности бит, формируемой на основе заранее известного полинома).

Кодер STTC представляет собой совокупность M-PSK либо M-QAM модулятора и решетчатого кодера с заданным полиномом ( в частноти, кодера Витерби ).

Неортогональные методы пространственно-временного кодирования BLAST Технология BLAST ( Bell Labs Space-Time Transformation ) предназначена для :

распределения потоков модулированных данных по нескольким антеннофидерным трактам приемопередающего устройства;

распределения входящих модулированных сигналов по временным слотам.

Существует два вида алгоритма BLAST:

Алгоритм BLAST с диагональным распределением временных слотов ( D-BLAST ).

Достоинством этого метода является возможность «разброса» данных одного канала не только по пространственным и частотным каналам, но и по временным промежуткам.

Подобный алгоритм используется в системах WiMax.

Недостатками этого алгоритма являются:

наличие временных потерь в начале и конце передачи высокая сложность реализации трудности кодирования Алгоритм BLAST с вертикальным распределением слотов (V-BLAST).

Достоинствами данного алгоритма являются:

отсутствие временных потерь меньшая сложность простая структура кодеков.

Варианты пространственного мультиплексирования Пространственное разделение подканалов в системах MIMO может быть реализовано следующими способами:

1.Способом разнесения потоков по задержке.

2.Способом разнесения посредством пространственно-временного кодирования (логическое развитие первого способа).

3.Способом ортогонального блочного кодирования (в частности, методом ортогонального блочного кодирования Аламоути).

4.Способом ортогонального кодирования методом прямого расширения спектра DSSS.

5.Способом введения диаграммообразующей схемы (ДОС). Недостаток этого метода также заключается в расширении спектра сигнала.

6.Способом ортогонального расположения частот сигналов (несущих) по передающим трактам.

Применение технологии MIMO Технология MIMO нашла практическое применение в беспроводных сетях мобильного WiMAX и в беспроводных локальных сетях стандарта IEEE 802.11n.

Литература Сперанский В. С., Евдокимов И. Л. Моделирование сигналов OFDM-MIMO систем беспроводной передачи данных 802.16, Труды Московского технического университета связи и информатики. — М:МТУСИ, 2007.

Бакулин М. Г., Крейнделин В. Б., Шлома А. М. Новые технологии в системах мобильной радиосвязи. — М:Инсвязьиздат, 2005.

OFDM OFDM является цифровой схемой модуляции, которая использует большое количество близко расположенных ортогональных поднесущих. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, квадратурная амплитудная модуляция) на низкой символьной скорости, сохраняя общую скорость передачи данных, как и у обычных схем модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. На практике сигналы OFDM получаются путем использования БПФ (Быстрое преобразование Фурье).

Основным преимуществом OFDM по сравнению со схемой с одной несущей является ее способность противостоять сложным условиям в канале. Например, бороться с затуханием в области ВЧ в длинных медных проводниках, узкополосными помехами и частотно-избирательным затуханием, вызванным многолучевым характером распространения, без использования сложных фильтров-эквалайзеров. Канальная эквализация упрощается вследствие того, что OFDM сигнал может рассматриваться как множество медленно модулируемых узкополосных сигналов, нежели как один быстро модулируемый широкополосный сигнал. Низкая символьная скорость делает возможным использование защитного интервала между символами, что позволяет справляться с временным рассеянием и устранять межсимвольные искажения (МСИ).

Передатчик Примник Лекция Определение технологии MIMO Краткое определение технологии OFDM Определение технологии MIMO В последние годы беспроводные услуги становятся все более важными, так же как растут требования к более высокой емкости сетей и их функциональности. В таких условиях проблема увеличения спектральной эффективности беспроводных сетей также обретает высокую актуальность. На сегодняшний день индустрия связи практически исчерпала потенциал известных способов увеличения спектральной эффективности, включая механизмы увеличения полос пропускания, оптимизации модуляции и даже кодового мультиплексирования. В этой связи технология MIMO (Множественный прием – множественная передача) оказалась той самой «палкой-выручалкой», обеспечившей новый прорыв в вопросе дальнейшего совершенствования работы беспроводных систем.

MIMO (англ. Multiple Input Multiple Output) — технология передачи данных, согласно которой исходящий поток данных разделяется в демультиплексоре на N потоков для обработки и передачи по отдельным передающим трактам. На приемной стороне имеется M приемных трактов, данные с которых проходят через мультиплексор и обрабатываются по специальным алгоритмам, позволяющим снизить число ошибок приема данных, вызванных искажениями в канале передачи и пространственной корреляцией сигналов. (См. рис 8.1.) Таким образом, технология MIMO использует несколько передающих и несколько приемных трактов на одном радиоканале. При этом различают два режима работы MIMO:

пространственного разнесения и пространственного мультиплексирования. При режиме пространственного разнесения осуществляется разнесение копий (блоков) сигнала на несколько передающих и, соответственно, несколько принимающих антенн. При пространственном мультиплексировании потоки данных параллельно передаются по нескольким приемо-передающим трактам.

Технология MIMO применяется в стандартах IEEE 802.11n, 802.16-2004 и 802.16e, а также в разработках проекта 3GPP. Эту технологию также предполагается использовать в стандартах IEEE 802.20 и 802.22.

Обработка радиоканала В традиционных системах (без MIMO) связь осуществляется по множественным каналам на нескольких частотах. В системах с применением MIMO множественные каналы работают на той же самой частоте. Суть этой технологии - в разделении и уравнивании всех каналов связи. Рассмотрим это подробнее в математическом выражении.

Модель канала включает матрицу H с прямыми и косвенными компонентами канала. Прямые компоненты (h11) представляют собой равномерность характеристик канала, тогда как косвенные компоненты (h21) – развязку между каналами. Передаваемый сигнал обозначим s, а принимаемый - r. При этом будем рассматривать постоянный во времени узкополосный канал. Тогда принимаемый канал можно представить в виде где n – налагаемые на сигнал шумы в канале передачи.

На рисунке 8.2. приведена упрощенная схема физического канала MIMO.

Для декодирования на приемной стороне важно знать значения матрицы H, и они вычисляются с помощью известной обучающей последовательности. При этом приемник посылает передатчику аппроксимированные значения характеристик канала, и они используются передатчиком для предварительного кодирования. Предварительное кодирование дополнительно улучшает характеристики MIMO.

Как мы знаем, теоретическая емкость канала С вычисляется по известной формуле Клода Шэннона:

Формула 8.1. учитывает полосу пропускания передающего канала fg и отношение «сигнал-шум». Большинство усовершенствований по увеличению емкости канала основаны на расширении полосы пропускания или использовании различных типов модуляции. Но они уже не дают роста спектральной эффективности системы. В отличие от них технология MIMO дает дополнительный выигрыш за счет увеличения числа потоков сигнала посредством множественных антенн. Введем показатель М, равный минимуму значений Mt (числа передающих антенн) или Mr (числа приемных антенн) и представляющий собой количество пространственных потоков. Например, система с конфигурацией 2x3 может поддерживать только два пространственных потока, что является верным и для системы 2x4. Тогда, формула Шэннона для систем MIMO будет иметь вид:

Емкость канала в системах с MIMO увеличивается линейно с ростом числа антенн.

Несимметричный набор антенн (например, 1x2 или 2x1) часто называют разнесением по передаче или по приему. В таких случаях емкость канала CTx/Rx связана с числом антенн логарифмической зависимостью.

Пространственное мультиплексирование Передачу нескольких потоков данных по более чем одной антенне называют пространственным мультиплексированием. Различают два типа пространственного мультиплексирования. Первый тип имеет название V-BLAST (англ. Vertical Bell Laboratories Layered Space-Time) представляет собой вертикальное пространственновременное разделение, разработанное лабораторией корпорации Bell. При использовании мультиплексирования V-BLAST некодированные пространственные потоки данных передаются без какого-либо учета необходимости уравнивания сигнала в приемнике. (Рис.

8.3).

Рис. 8.3. Пространственное мультиплексирование на основе V-BLAST Второй тип реализован на использовании пространственно-временных кодов. В отличие от V-BLAST, при мультиплексировании с пространственно-временными кодами передаются ортогональные (т.е. без взаимных помех) потоки данных. К сожалению, при методе V-BLAST нельзя отделить потоки друг от друга так, чтобы при передаче не возникала межпотоковая интерференция (multi-stream interferences, MSI). А это, в свою очередь, делает передачу неустойчивой, и даже использование метода прямой коррекции ошибок не всегда в состоянии решить эту проблему. Декодирование сигнала с пространственно-временными кодами основано на простом линейном преобразовании и дает хорошие результаты.

Подытоживая сказанное, отметим, что преимуществом пространственного мультиплексирования является повышение емкости канала связи благодаря наличию линейной зависимости емкости канала от числа используемых антенн.

Пространственное разнесение Пространственное мультиплексирование может обеспечить более высокую емкость канала, но не улучшает, а даже может ухудшить качество сигнала. Пространственное разнесение значительно улучшает качество сигнала и обеспечивает более высокое соотношение «сигнал-шум» на стороне приемника. В частности, в сотах с большим радиусом действия, пространственное мультиплексирование будет работать на пределе своих возможностей, так как чем дальше связь, тем сильнее должен быть сигнал. Принцип разнесения основан на передаче распределенного резервирования. Это резервирование может передаваться в любом временном промежутке, через любую антенну, на любой частоте или при любой поляризации. (При всем при этом необходимо отметить, что данный метод пока не применяется в технологиях MIMO.) Рассмотрим два вида пространственного разнесения:

Tx-разнесение (т.е. разнесение по передаче), когда копии сигнала передаются по нескольким антеннам (например, схема 2x1);

Rx-разнесение (т.е. разнесение по приему), когда копии сигнала принимаются на несколько антенн (например, схема 1x2).

Первый вид можно сравнить с моно- и стереозвуком. Как известно, человек способен четче воспринимать тон звучания в режиме стерео. Второе вид разнесения подобен нашим двум ушам, которые слышат лучше, чем одно ухо.

Для применения Tx-разнесения используют, так называемый, пространственновременной код Аламоути. При этом достигается полное пространственное разнесение, и система может работать и с одной приемной антенной. Rx-разнесение может работать с большим количеством приемных, чем передающих антенн и с использованием наиболее подходящего алгоритма демультиплексирования. Примерами таких алгоритмов могут быть метод коммутированного демультиплексирования или метод максимальных коэффициентов, которые могут работать независимо от типа разнесения при условии известности матрицы канала H. (рис. 8.4) Рис. 8.4. Приемные алгоритмы для пространственного разнесения.

Таким образом, оптимальную функциональность и зону радиоохвата системы можно достичь, комбинируя оба режима: пространственное мультиплексирование при связи близлежащими районами и пространственное разнесение – с удаленными.

Пространственно-временное кодирование Пространственно-временные коды дополнительно улучшают функциональность системы и делают возможным использование режима пространственного разнесения.

Копии сигнала передаются не только по нескольким антеннам, но также и в разное время.

Такую передачу с задержкой называют разнесением по времени или временным разнесением. Пространственно-временные коды включают в себя пространственный и временной копии сигнала, как показано на рис. 8.5.

Рис. 8.5. Пространственно-временные блочные коды Аламоути Здесь сигналы S1 и S2 мультиплексированы в два потока данных, после чего добавлены копии сигнала для выработки пространственно-временного блочного кода Аламоути. Пространственно-временные коды могут быть выработаны двумя различными способами:

пространственно-временной блочный код (англ. STBC) (пример с передающими антеннами и кодами Аламоути приведен на рис. 8.5);

пространственно-временной решетчатый код (англ. STTC) создан механизмом FSM (англ. Final State Machine) Первый способ наиболее распространен и с помощью него легко реализуется пространственное разнесение. Второй способ более сложен и в настоящее время очень дорог.

Антенные системы В настоящее время антенные технологии превратились в ключ для увеличения емкости сетей. Этот процесс начался с секторных антенн, которые имели секторную диаграмму направленности в 60 или 120 градусов и работали как одна сота. К примеру, в сетях GSM емкость сети могла быть утроена за счет использования трех 120-градусных секторных антенн. Решетки адаптивных антенн усиливают пространственное мультиплексирование, используя узкие лучи. «Интеллектуальные» антенны относятся к решеткам адаптивных антенн, но отличаются своей возможностью «интеллектуальной»

оценки направления поступления сигнала - DoA (англ. Direction of Arrival). Независимо от наличия обратной связи и прозрачности для абонентских устройств, «интеллектуальные»

антенны могут формировать направленные на абонента лучи. Дополнительная обратная связь может упростить сложные системы антенных решеток. Системы MIMO обычно требуют обратной связи и не прозрачны для абонента.

Формирование лучей – это метод, используемый для создания лучевой диаграммы направленности антенной решетки. Он может быть применен во всех системах антенных решеток. С учетом этого «интеллектуальные» антенны MIMO систем могут быть разделены на две группы (Рис. 8.6):

Фазированные системы решеток (или фиксированное формирование лучей) с конечным числом фиксированных предопределенных диаграмм Адаптивные системы решеток (англ. AAS) ( или адаптивное формирование лучей) с бесконечным числом диаграмм направленности, приспособленных к реальным условиям в режиме реального времени.

Рис. 8.6. Фиксированное и адаптивное формирование лучей При фиксированном формировании лучей вычисляется направление DoA и устанавливается неподвижный луч сигнала. Если абонент перемещается между этими фиксированными лучами, то джиттер сигнала может привести к прерыванию связи.

Другими словами абонент имеет максимальную силу сигнала, находясь только по центру луча. При адаптивном формировании лучей такая проблема не возникает, так как при этом система подстраивает луч под перемещение абонента в реальном времени. Но этот режим намного сложнее и дороже, чем первый.

В завершении отметим, что в настоящее время системы множественных антенн приобрели достаточно комплексный характер и заслуживают тщательного изучения (Рис.

8.7).

Рис. 8.7. Развитие систем множественных антенн.

Краткое определение технологии OFDM OFDM является цифровой схемой модуляции, которая использует большое количество близко расположенных ортогональных поднесущих. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, квадратурная амплитудная модуляция) на низкой символьной скорости, сохраняя общую скорость передачи данных, как и у обычных схем модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. На практике сигналы OFDM получаются путем использования БПФ (Быстрое преобразование Фурье).

Основным преимуществом OFDM по сравнению со схемой с одной несущей является ее способность противостоять сложным условиям в канале. Например, бороться с затуханием в области ВЧ в длинных медных проводниках, узкополосными помехами и частотно-избирательным затуханием, вызванным многолучевым характером распространения, без использования сложных фильтров-эквалайзеров. Канальная эквализация упрощается вследствие того, что OFDM сигнал может рассматриваться как множество медленно модулируемых узкополосных сигналов, нежели как один быстро модулируемый широкополосный сигнал. Низкая символьная скорость делает возможным использование защитного интервала между символами, что позволяет справляться с временным рассеянием и устранять межсимвольные искажения (МСИ).

Модуляция OFDM/QAM в линии «вниз».

Технология ортогонального частотного мультиплексирования OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) основана на формировании многочастотного сигнала, состоящего из множества поднесущих частот, отличающихся на величину, выбранную из условия ортогональности сигналов на соседних поднесущих колебаниях (n – радиальная частота n-го поднесущего колебания).

При формировании OFDM сигнала поток последовательных информационных символов длительностью Tu N разбивается на блоки, содержащие N символов. Далее блок последовательных информационных символов преобразуется в параллельный, в котором каждый из символов соответствует определенной поднесущей многочастотного сигнала. Причем при этом длительность символов увеличивается в N раз. Таким образом, суммарная ширина спектра многочастотного сигнала соответствует ширине спектра исходного последовательного сигнала.

Целью такого преобразования является защита от узкополосных помех (либо от частичных искажений спектра в результате переотражений и многолучевого распространения). Это достигается тем, что параллельные символы многочастотного сигнала представляют собой кодовое слово помехоустойчивого кода (например, кода Рида-Соломона), который позволяет их восстановить в случае ошибочного приема за счет искажений спектра. Частотно-временное представление OFDM сигнала представлено на рис. 8.8. Преобразование сигнала из временной в частотную область обеспечивается дискретным преобразованием Фурье (DFT - Discrete Fourier Transform).

Защитные интервалы Рис. 8.8. Частотно-временное представление OFDM сигнала при ширине спектра 5 МГц.

Кроме того, преимущество OFDM заключается в уменьшении необходимого количества временных защитных интервалов. При последовательном сигнале защитные интервалы добавляются между каждыми символами, а при многочастотном – между группами символов (OFDM-символами).

Особенностью сигналов OFDM является:

Мультиплексирование несущих колебаний (называемых поднесущими), модулированных информационными символами по выбранному закону Поднесущие ортогональны (взаимная корреляционная функция равна нулю), или, по крайней мере, квазиортогональны (на практике);

Каждый OFDM-символ имеет защитный временной интервал для исключения межсимвольной интерференции. Этот защитный интервал выбирается с учетом импульсной характеристики линии связи (физической среды распространения радиосигнала).

Принцип формирования OFDM-сигнала показан на рис. 8.9.

На практике при формировании OFDM-сигнала используется обратное дискретное быстрое преобразование Фурье ( Inverse Fast Fourier Transform –IFFT) на N точек (рис.

8.10). Это значительно упрощает практическую реализацию приемопередающего устройства OFDM.

Рис. 8.10. Использование преобразования IFFT при формировании OFDM-сигнала.

На рис. 8.10. под a(mN+n) обозначен модулированный символ n-го частотного подканала длительностью Tu в интервале времени mTu t (m+1)Tu. Вектор sm на выходе IFFT представляет собой OFDM-символ. Схема формирования OFDM-символа в передатчике базовой станции сети E-UTRAN показана на рис. 8.11.

QAM IFFT

Рис. 8.11. Схема формирования OFDM-символа в передатчике базовой станции сети EUTRAN.

Схема формирования OFDM сигналов в режиме TDD использует циклические префиксы CP (Сyclic-Prefix) для борьбы с межсимвольной интерференцией с длительностью TCP 4.7/16.7 мкс (при разнесении поднесущих на 15 кГц). Временные отрезки (кадры длительностью 10 мс) состоят из 20 подкадров одинаковой длительности Tsub-frame = 0.5 мс. Параметры сигналов OFDM линии «вниз» в режиме TDD приведены в таблице 8.1.

Таблица 8.1. Параметры сигнала OFDM/OQAM линии «вниз»

Параметры сигнала OFDM/OQAM линии «вниз»

поднесущих Частота дискретизации 1.92 МГц 3.84 МГц 7.68 МГц 15.36 МГц 23.04 МГц 30.72 МГц подкадре (Short/Long CP) (мкс/samples*) (5.21/10) 1*(5.21/20) 1(5.21/40) 1 (5.21/80) 1 (5.21/120) 1(5.21/160) Длинный (16.67/32) (16.67/64) (16.67/128) (16.67/256) (16.67/384) (16.67/512) *) FFT размер = сэмпл («samples» или выборка, для OFDM равна размеру преобразования Фурье).

Передатчик Примник Литература H. Jafarkhani: Space-Time Coding Theory and Practice, Cambridge, M. Jankiraman: Space-Time Codes and MIMO Systems Artech House, V. Tarokh, N. Seshadri, A.R. Calderbank: Space-Time codes for high data rate wireless communication: performance criterion and code construction IEEE Transactions on Information Theory, (1998) IEEE P802.11n/D1.0: Draft Amendment to STANDARD [FOR] Information Technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and Metropolitan networks-Specific requirements- Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications: Enhancements for Higher Throughput, (March 2006) 3GPP TR 25.876 V1.8.0: Multiple-Input Multiple Output in UTRA, (15.12.2005) Сперанский В. С., Евдокимов И. Л. Моделирование сигналов OFDM-MIMO систем беспроводной передачи данных 802.16, Труды Московского технического университета связи и информатики. — М:МТУСИ, 2007.

Бакулин М. Г., Крейнделин В. Б., Шлома А. М. Новые технологии в системах мобильной радиосвязи. — М:Инсвязьиздат, 2005.

Лекция Перспективы и тенденции индустрии Радиочастотный спектр (РЧС) - ценный и ограниченный ресурс любого государства, и в настоящее время спрос на его использование все больше возрастает. Этому способствуют рост популярности и распространение систем беспроводной связи вкупе с их улучшенной функциональностью, удобством пользования и сокращением затрат на устройства и услуги. За счет этого предполагается, что существующие и новые беспроводные широкополосные сети будут быстро осваивать имеющиеся радиочастотные ресурсы и нуждаться в новых частотах.

В последние годы индустрия беспроводной связи переживает стремительный рост требований пользователей к услугам голосовой связи и передачи данных. Подгоняемые ростом числа абонентов мобильной связи и объемом пользования услугами операторы вынуждены совершенствовать свои сети за счет внедрения передовых технологий и предоставления высококачественных услуг голосовой связи и инновационных услуг передачи данных. Традиционно вопрос регулирования радиочастотного спектра является очень сложным. Однако, в последние годы наметилось изменение сложившейся традиции, и процесс регулирования РЧС становится более гибким, вне зависимости от технологии, и в конечном счете позволяет операторам услуг более эффективно удовлетворять требования рынка.

Операторы услуг и поставщики оборудования продвигают такие инновационные решения, которые, в том числе, улучшают эффективность используемого радиочастотного спектра. Но при этом появляются новые технологии беспроводной связи (такие как WiMAX), которые также претендуют на выделение спектра и превращают вопрос распределения радиочастот в весьма острую тему, причем во всех регионах мира.

Потенциальный спектр для систем LTE Системы LTE и WIMAX имеют свои отличительные характеристики и по разному решают вопрос дуплексного разноса: WiMAX – на основе временного разделения (TDD), т.е. не требует наличия у операторов парных частот, тогда как LTE – строится главным образом на основе частотного разделения (FDD) и использовании парных частот. Поясним, что режим TDD позволяет организовывать нисходящую и восходящую линии связи на одном частотном канале, тогда как режим FDD требует, чтобы линии «вниз» и «вверх» были разнесены по разным (парным) частотным каналам.

Между тем, вопросы разработки стандарта LTE проектом 3GPP в основном завершились в 2008г., и первые развернутые сети LTE стали появляться уже к концу 2009 и началу 2010г.г. На рис. 9.1. представлены наиболее вероятные полосы частот, предусмотренные для развертывания сетей LTE в различных регионах мира, но с той оговоркой, что это распределение является не окончательным, и возможны некоторые корректировки в будущем.

Рис. 9.1. Вероятные полосы частот для развертывания сетей LTE.

Пример США: передовые беспроводные услуги (Advanced Wireless Services, AWS) В сентябре 2006г. Федеральная комиссия связи США (FCC) провела аукцион лицензий на услуги AWS (Аукцион № 66), в котором победившие участники выиграли в общей сложности 1087 лицензий. В духе политики свободного рынка американского правительства, FCC не закрепляет жестко определенную технологию за определенным диапазоном частот. Поэтому, обладатели лицензий AWS могут использовать выделенный ресурс для развертывания любой технологии, включая системы 2G, 3G или 4G.

Спектр для AWS имеет полосы 1,710-1,755 ГГц для восходящей и 2,110-2,155 ГГц для нисходящей линий. Общая полоса в 90МГц разделена на шесть частотных блоков от A до F, причем блоки A, B, и F – имеют ширину полос по 20МГц, а блоки C, D, и E - по 10МГц. При этом FCC стремилась максимально гармонизировать «новую» полосу для услуг AWS с диапазоном 2,100ГГц систем UMTS в Европе. Однако, оказалось, что нижняя часть диапазона 2,100ГГц UMTS почти полностью накладывается на «американскую» полосу систем стандарта PCS, делая, таким образом, полную гармонизацию невозможной. Учитывая данное ограничение, FCC все же постаралась гармонизировать спектр для услуг AWS с распределением РЧС в остальных регионах мира. Таким образом, теперь верхняя часть полосы AWS соответствует основной полосе в диапазоне 2,100ГГц, выделенной для систем UMTS в Европе, а нижняя часть – полосам систем GSM в диапазоне 1,800ГГц.

Диапазон 700МГц В США лицензии на этот коммерческий диапазон были распроданы с аукциона в апреле 2008г. На торги была выставлена полоса в 62 МГц, разбитая на 5 блоков: нижний А (12 МГц), нижний B (12 МГц), нижний E (непарный 6 МГц), верхний C (22 МГц), верхний D (10 МГц). На этих полосах можно добиться высокоэффективного использования выделенного ресурса, так как низкочастотные сигналы имеют свои преимущества там, где нет плотных застроек и не требуется высоких скоростей передачи данных.

Еще в 2005г. в США была принята Программа развития цифрового телевидения, согласно которой все американские телекомпании должны были завершить переход от аналогового вещания к цифровому до 17 февраля 2009г. А это предполагало освобождение диапазона 700 МГц для других служб радиосвязи.

Примечательно, что в отношении верхнего блока C действует правило общего доступа. В понимании Федеральной комиссии связи общий доступ означает, что со стороны оператора связи не допускается «захват»

или «блокирование» выделенной полосы частот. Таким образом, операторвладелец лицензии должен предоставлять доступ к сети любому устройству, при условии, что устройство совместимо и не наносит ущерба работе сети (то есть, нет "захвата" полосы), и не может накладывать ограничений на передачу контентов, приложений или услуг по сети (то есть, нет "блокирования" полосы). А вот верхний блок D не нашел пока своего покупателя по выставленной первичной цене, и он, вероятно, будет повторно выставлен на аукцион с новым набором требований, которые могли бы придать большую привлекательность для претендентов.

Что касается Европы, да и большой части остального мира, то там возлагают большие надежды на получение, так называемого, «цифрового дивиденда» - т.е. освобождения части РЧС за счет перехода от аналогового к цифровому телевидению. Это, по мнению специалистов, позволит заполучить значительный радиочастотный ресурс для развития беспроводных широкополосных сетей в УВЧ-диапазоне. При этом предусматривается, что распределение частот в этом диапазоне будет производиться с учетом требования общемировой гармонизации РЧС (насколько это максимально допустимо) с целью создания основ для реализации услуги «глобального роуминга».

Перераспределение диапазона 900 МГц (полоса GSM) Диапазон 900МГц является не только самым распространенным и наиболее гармонизированным в мировом масштабе диапазоном частот для мобильной связи из всех доступных в настоящее время, но также обладает рядом преимуществ, таких как большая дальность связи и устойчивое сокращение затрат на развертывание сетей, что делает его стратегически важной полосой радиочастот. Кроме этого, диапазон 900MHz имеет хорошие показатели по проникновению внутри зданий и особенно подходит для организации широкополосной связи в отдаленных негустонаселенных районах.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |


Похожие работы:

«В. Э. Вольфенгаген Л. Ю. Исмаилова С. В. Косиков Модели вычислений Задания, задачи и упражнения Библиотека “ЮрИнфоР” Основана в 1994 г. Серия: Компьютерные науки и информационные технологии Проект: Аппликативные Вычислительные Системы В. Э. Вольфенгаген, Л. Ю. Исмаилова, С. В. Косиков МОДЕЛИ ВЫЧИСЛЕНИЙ Задания, задачи и упражнения Москва • • МИФИ 2008 ББК 32.97 УДК 004 В721 Авторы: д. т. н., профессор Вольфенгаген В. Э., к. т. н., в. н. с. Исмаилова Л. Ю., с. н. с. Косиков С. В., Модели...»

«ПРОЕКТ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский национальный исследовательский государственный университет Факультет информационных технологий УТВЕРЖДАЮ _ _ _ 20_г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ Открытые микроконтроллерные платформы Магистерская программа Информационно-измерительные системы НАПРАВЛЕНИЕ ПОДГОТОВКИ 230100 ИНФОРМАТИКА И...»

«1 В. А. АБЧУК ЗАСЛУЖЕННЫЙ ДЕЯТЕЛЬ НАУКИ РОССИИ ПРОФЕССОР МЕНЕДЖМЕНТ Учебник САНКТ-ПЕТЕРБУРГ Издательство Союз 2002 ББК 65.9(2) А17 Абчук В. А. Менеджмент: Учебник. – СПб.: Издательство Союз, 2002. – 463 с. – А17 (Серия Высшая школа). ISBN 5-94033-122-Х Учебник соответствует государственному стандарту для высшего профессионального образования и содержит необходимый объем сведений по направлению Менеджмент. Главной целью учебника является раскрытие содержания современного менеджмента,...»

«RMC-M20 Уважаемый покупатель! Благодарим вас за то, что вы отдали предпочтение бытовой технике REDMOND. REDMOND — это качество, надежность и неизменно внимательное отношение к потребностям наших клиентов. Надеемся, что вам понравится продукция нашей компании, и вы также будете выбирать наши изделия в будущем. Мультиварка REDMOND RMC-M20 — современный многофункциональный прибор для приготовления пищи, в котором компактность, экономичность, простота и удобство использования гармонично сочетаются...»

«ни на немецком языке Роджерс д, Алгоритмические основы машинной графики Решение о взыскании суммы страхового возмещения договор комплексного страхования автотранспортных с Сахалинская обл п ново александровка Реферат географ я рос я Самолёт а-27м Сатья саи баба о жертвоприношениях Рецепт мармелада с пектиновым сиропом Сверла в шуруповерт Реферат томас гоббс о обществе договора скачать бесплатно Своеобразие образов в романтических произведениях аСПушкина Сайт где можно скачать лА Сериалы Роман а...»

«166. Балыкина Е.Н., Попова Е.Э., Липницкая О.Л Модель учебно-методического комплекса по исторической информатике // Информационный Бюллетень Ассоциации История и компьютер, № 28. - М., 2001. - С. 66-86. МОДЕЛЬ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПО ИСТОРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАТИКЕ Балыкина Е.Н., Попова Е.Э., Липницкая О.Л. В 2002 году на историческом факультете Белгосуниверситета можно отметить десятилетний юбилей преподавания исторической информатики (ИИ). В течение этого периода авторы разрабатывали и...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Амурский государственный университет Кафедра математического анализа и моделирования УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ Основы информатики и архитектура компьютеров Основной образовательной программы направления 010400.62 прикладная математика и информатика Благовещенск 2012 г. УМКД разработан доцентом Труфановым Виктором...»

«Константин Константинович Колин, д.т.н., проф., Институт проблем информатики РАН, kolinkk@mail.ru ФИЛОСОФИЯ ИНФОРМАЦИИ: СТРУКТУРА РЕАЛЬНОСТИ И ФЕНОМЕН ИНФОРМАЦИИ Доклад на 10-м заседании семинара Методологические проблемы наук об информации (Москва, ИНИОН РАН, 7 февраля 2013 г.) Аннотация Рассматривается философская сущность феномена информации как проявления одного из всеобщих фундаментальных свойств реальности окружающего нас мира. Показана связь феномена информации со структурой реальности,...»

«ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПОДГОТОВКИ КОСМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА. Аббакумов А.С.1, Марков Я.И.2 ИКИ РАН, aabbakumov@romance.iki.rssi.ru 1 ИКИ РАН 2 Научный руководитель: Назаров В.Н. ИКИ РАН Подготовка космического эксперимента является сложным и трудоемким процессом, в нем принимает участие большое количество специалистов различного профиля. От данного процесса напрямую зависит эффективность самого эксперимента. Подготовка включает в себя согласования и решения вопросов по научному, инженерному,...»

«Учреждение образования БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ А. И. Клындюк, Е. А. Чижова ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Рекомендовано учебно-методическим объединением по химико-технологическому образованию в качестве учебно-методического пособия для практических и лабораторных занятий по разделу Химическая кинетика для студентов учреждений высшего образования по специальностям 1-48 01 01 Химическая технология неорганических веществ, материалов и изделий, 1-48 01 02 Химическая технология...»

«Министерство образования и науки РФ Новокузнецкий институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Кемеровский государственный университет Факультет информационных технологий Кафедра математики и математического моделирования УТВЕРЖДАЮ Директор В.С. Гершгорин _20г. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ Б2.Б.1.4 ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА Для направления 230100.62 Информатика и вычислительная техника Квалификация (степень)...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УТВЕРЖДАЮ Заместитель Министра образования Российской Федерации В.Д. Шадриков 14 марта 2000 г. Номер государственной регистрации: 52 мжд / сп ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СТАНДАРТ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Специальность 351400 ПРИКЛАДНАЯ ИНФОРМАТИКА (по областям) Квалификация информатик-(квалификация в области) В соответствии с приказом Министерства образования Российской Федерации от 04.12.2003 г. №4482 код данной специальности по...»

«л 3 1132 человека, по заочной форме 472 человек, из них за счет бюджета 1258 человек (78%). 2. УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНАЯ БАЗА Колледж располагает двумя учебными корпусами общей площадью 9632 кв.м, 36 учебными кабинетами и специализированными лабораториями площадью 6461,5 кв.м. Колледж имеет 157 компьютеров. В колледже 4 компьютерных класса: - компьютерный класс для обработки экономической информации и делопроизводства имеет локальную сеть, программу 1С-предприятие, 16 компьютеров Pentium 4 и МФУ,...»

«овых разниц расчитанных по курсу установленному по соглашению сторон Нечволод харьковская область купянский район сНечволодовка Мотоцикл м-72 1949 года выпуска Не загружаются сайты с яндекса Не удается отправить файлы с nokia n900 на компьютер по bluetooth Мотопомпа производительность 30-36 м Мультик про птичку и кота Найти сказку о царевне и о семи богатырях Недорогая пица с доставкой бабушкинское свиблово отрадное Музеи и памятники культуры в астрахани На рабочих и на аренде Названия...»

«1 1. Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины (модуля) являются: формирование у студентов представлений о возможностях использования средств вычислительной техники, ознакомление с современными технологиями сбора, обработки, хранения и передачи информации и тенденциями их развития; обучение принципам построения информационных моделей, проведения анализа полученных результатов, применения современных информационных технологий, развитие навыков алгоритмического мышления; овладение...»

«Оглавление Введение 1. Организационно-правовое обеспечение образовательной деятельности. 13 Выводы по разделу 1 2. Система управления университетом 2.1. Соответствие организации управления университета уставным требованиям 2.2. Соответствие собственной нормативной и организационнораспорядительной документации действующему законодательству и Уставу СКГМИ (ГТУ) 2.3. Организация взаимодействия структурных подразделений СКГМИ (ГТУ) Выводы по разделу 2 3. Структура подготовки специалистов Выводы к...»

«УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ К защите Заведующий кафедрой ИТ Нуралиев Ф.М. 2012 г. ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА На тему: ОПТИМИЗАЦИЯ ЗАПИСИ ЗВУКОВОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ ВИДЕО НА ВЫЕЗДНЫХ СЪЕМКАХ Выпускник Джаналиев Ш.С. подпись Ф.И.О. Руководитель Рахимов Т. Х.. подпись Ф.И.О. Рецензент _ Закирова С.А. подпись Ф.И.О. Консультант БЖД Абдуллаева С. М. подпись Ф.И.О. Ташкент – 2012 г. УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ...»

«КОНЦЕПЦИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПРАВИТЕЛЬСТВА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН г. Астана 2004 г 2 СОДЕРЖАНИЕ 1. ВВЕДЕНИЕ 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 3. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ЭЛЕКТРОННОГО ПРАВИТЕЛЬСТВА 4. ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННЫХ ОРГАНОВ 5 5. НЕОБХОДИМЫЕ УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЭЛЕКТРОННОГО ПРАВИТЕЛЬСТВА 5.1. Правовая готовность 5.2. Информационная готовность госорганов 5.3. Технологическая готовность 5.4. Социальная готовность 6. АРХИТЕКТУРА ЭЛЕКТРОННОГО ПРАВИТЕЛЬСТВА 7. ОТНОШЕНИЯ...»

«А. Л. ЛАРИОНОВ, АЛЬ-ШАРАЙРЕХ ЛЖАМАЛЬ АЛЕЛЬ Александр Дмитриевич ЛАРИОНОВ — доктор экономических наук, профессор, заведующий кафедрой бухгалтерского учета и аудита СПбГУЭФ, академик Международной академии информатизации. В 1961 г. закончил ЛФЭИ. С 1967 г. преподает в СПбГУЭФ. Автор более 180 научных работ, в том числе 20 монографий и учебных пособий. Работы публиковались в Великобритании, Болгарии, Чехии, Польше и в других странах. Аль-Шарайрех ЛЖАМАЛЬ АДЕЛЬ — аспирант кафедры бухгалтерского...»

«УДК 631.58:551.5 Система поддержки принятия решений в земледелии. Принципы построения и функциональные возможности. к.т.н. В.В. Якушев, Агрофизический НИИ, mail@agrophys.com Аннотация: Рассмотрены структура, принципы организации и функционирования системы выработки и поддержки реализации агротехнологий в земледелии с использованием новейших достижений в области информатики и техники. Сельское хозяйство – один из основных видов деятельности человека, важность которого переоценить невозможно....»






 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.