Стандарт передачі даних LTE

img

ОБЛАДНАННЯ

Про стандарт

У грудні 1998 року було створено об'єднання кількох організацій, що займаються стандартизацією в галузі телекомунікацій, який одержав назву 3GPP (3rd Generation Partnership Project) підписанням «Угоди про партнерство за проектом в області технологій третього покоління (The 3rd Generation Partnership Project Agreement). Це дозволило об'єднати зусилля зі створення нових технологій, а також забезпечити повну сумісність устаткування в світі. У число організацій по стандартизації, залучених в створення 3GPP, увійшли ARIB (Японія), ETSI (Європа), TTA (Корея), TTS (Японія) і TIPI (США). У числі розробок 3GPP стандарти: W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access), HSPA (High Speed ​​Packet Access), LTE (Long Term Evolution).


Робота 3GPP над LTE почалася в 2004 році в форматі відкритого обговорення, доступного для будь-яких зацікавлених організацій (в тому числі і не членів 3GPP). З грудня 2004 проходило вивчення відповідності LTE базовим вимогам, сформульованим у 3GPP TR 25.913.


У листопаді 2005 року були обрані основні технології радіодоступу для використання в стандарті LTE. Ними стали OFDMA на низхідному і SC-FDMA на висхідному каналі. У липні 2006 року був завершений етап вивчення і почалися роботи зі створення стандарту. У вересні 2007 року була завершена специфікація LTE. Специфікації 8 версії були заморожені в грудні 2008, і це стало основою для першої хвилі обладнання LTE. У вересні 2009 були представлені специфікації LTE 10 версії, з цього часу технологія стала називатися LTE-Advanced. В кінці листопада 2010 року Міжнародний союз електрозв'язку офіційно визнав LTE-Advanced стандартом бездротового зв'язку четвертого покоління 4G. Формально LTE версії 7, 8, 9 (яке поки і використовується у всьому світі) не є технологією 4G, тому що не визнана Міжнародним союзом електрозв'язку. Відкинути всі ці формальності вдалося в наступній версії стандарту. Саме ця, десята, версія і наступні отримали суфікс «Advanced» і визнання. Нова назва технології походить від терміна "IMT-Advanced", який ввів Міжнародний союз електрозв'язку для того, щоб відрізняти нове покоління мобільних систем, технічні можливості яких виходять за рамки IMT-2000. Вимоги до IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications-Advanced) пред'являються наступні:


  • Глобальна функціональність і роумінг;
  • Висока енергоефективність;
  • Взаємодія з іншими радіосистемами доступу (зворотна сумісність);
  • Покращені пікові швидкості передачі даних, щоб підтримувати вдосконалені служби і додатки;
  • Високий рівень безпеки системи;


Структура мережі 


95214c760fbbfe8048f77c36477ab919.png



З цієї схеми видно, що структура мережі сильно відрізняється від мереж стандартів 2G і 3G. Істотні зміни зазнала і підсистема базових станцій, і підсистема комутації. Була змінена технологія передачі даних між обладнанням користувача та базовою станцією. Також зазнали зміни і протоколи передачі даних між мережевими елементами. Вся інформація (голос, дані) передається у вигляді пакетів. Таким чином, вже немає поділу на частини обробні або тільки голосову інформацію, або тільки пакетні дані.

Основні елементи мережі стандарту LTE: 


Serving SAE Gateway або просто Serving Gateway (SGW) - обслуговуючий шлюз мережі LTE. Призначений для обробки і маршрутизації пакетних даних, що надходять з / в підсистему базових станцій. SGW має пряме сполучення з мережами другого і третього поколінь того ж оператора, що спрощує передачу з'єднання в / з них з причин погіршення зони покриття, перевантажень і т.п. У SGW немає функції комутації каналів для голосових з'єднань, тому що в LTE вся інформація, включаючи голос комутується і передається за допомогою пакетів.
Public Data Network SAE Gateway або просто PDN Gateway (PGW) - шлюз до мереж передачі даних інших операторів для мережі LTE. Основне завдання PGW полягає в маршрутизації трафіку мережі LTE до інших мереж передачі даних, таких як Інтернет, а також мереж GSM, UMTS.
Mobility Management Entity (MME) - вузол управління мобільністю мережі стільникового зв'язку стандарту LTE. Призначений для обробки сигналізації, переважно пов'язаної з управлінням мобільністю абонентів в мережі.
Home Subscriber Server (HSS) - сервер абонентських даних мережі стільникового зв'язку стандарту LTE. Являє собою велику базу даних і призначений для зберігання даних про абонентів. Крім того, HSS генерує дані, необхідні для здійснення процедур шифрування, аутентифікації і т.п. Мережа LTE може включати один або кілька HSS. Кількість HSS залежить від географічної структури мережі і числа абонентів.
Policy and Charging Rules Function (PCRF) - елемент мережі стільникового зв'язку стандарту LTE, який відповідає за управління нарахуванням плати за надані послуги зв'язку, а також за якість з'єднань відповідно до заданих конкретному абоненту характеристиками.

Організація інформаційних каналів

Для того, щоб дані могли бути транспортовані через інтерфейс радіо LTE, використовуються різні «канали». Вони використовуються для того, щоб виділяти різні типи даних і дозволити їм транспортуватися через мережу доступу більш ефективно. Використання декількох каналів забезпечує інтерфейс більш високого рівня в рамках протоколу LTE і включають більш чітку і визначену сегрегацію даних.

Є три категорії, в які можуть бути згруповані різні канали передачі даних:

Логічні канали - надає послуги середнього рівня управління доступом MAC (Medium Access Control) в межах структури протоколу LTE. Логічні канали на кшталт переданої інформації діляться на логічні канали управління і логічні канали трафіку. Логічні канали керування використовуються для передачі різних сигнальних та інформаційних повідомлень. За логічних каналах трафіку передають призначені для користувача дані.

Транспортні канали - транспортні канали фізичного рівня пропонують передачу інформації в MAC і вище. Інформацію логічних каналів після обробки на RLC / MAC рівнях розміщують в транспортних каналах для подальшої передачі по радіоінтерфейсу в фізичних каналах. Транспортний канал визначає як і з якими характеристиками відбувається передача інформації по радіоінтерфейсу. Інформаційні повідомлення на транспортному рівні розбивають на транспортні блоки. У кожному часовому інтервалі передачі (Transmission Time Interval, TTI) радіопослуга передають хоча б один транспортний блок. При використанні технології MIMO можлива передача до чотирьох блоків в одному TTI.

Фізичні канали - це канали передачі, які переносять призначені для користувача дані і керуючі повідомлення. Вони змінюються між висхідним і спадним потоками, оскільки кожен з них має різні вимоги і діє по-своєму.

Переваги


  • Швидкість завантаження з мережі до 300 Мбіт / с.
  • Швидкість віддачі до 75 Мбіт / с
  • Низька затримка передачі даних - може бути знижена до 5 мс
  • Смуга пропускання частот від 1,4 до 20 МГц
  • Частотне (FDD) і тимчасове (TDD) поділ каналів зв'язку
  • Поліпшення підтримки мобільності
  • Економія енергії: для низхідної лінії зв'язку - OFDMA, для висхідної - SC-FDMA
  • У кожній соті 5 МГц підтримується не менше 200 активних клієнтів
  • Радіоінтерфейс комутації пакетів