Плоская архитектура LTE и SAE
3.5 Радиотехнология OFDM
LTE использует OFDM для формирования нисходящего канала, т.е. канала от базовой станции к мобильному устройству. OFDM отвечает требованиям LTE к спектральной гибкости и позволяет создавать эффективные по затратам решения для широкополосных несущих с высокими пиковыми скоростями передачи данных. Это хорошо проработанная технология, о чем свидетельствует целый спектр стандаров, таких, как, например, IEEE 802.11a/b/g. 802.16, HIPERLAN-2, DVB и DAB.
OFDM использует много узкополосных поднесущих для обеспечения передачи. Базовый нисходящий канал LTE на физическом уровне можно рассматривать, как частотно-временную решетку, как показано на рис.5. В частотной области, промежутки между поднесущими, дельта f, составляют 15 кГц. Кроме того, продолжительность "символа" OFDM составляет 1 / дельта f + префикс цикличности. Префикс цикличности используется для обеспечения ортогональности между поднесущими даже в условиях радиоканала с дисперсией по времени.
Один ресурсный элемент формируется модуляцией QPSK, 16QAM или 64QAM. В случае, если используется модуляция 64QAM, каждый ресурсный элемент обеспечивает передачу 6 бит информации.
Символы OFDM сгруппированы в ресурсные блоки. Ресурсные блоки имеют размер в 180 кГц в частотном измерении и 0.5 мс во временном измерении. Каждый временной интервал передачи (TTI, Transmission Time Interval) состоит из двух слотов (Tslot).
Каждому пользователю присваивается некоторое количество ресурсных блоков в частотно-временной решетке. Чем больше ресурсных блоков назначается пользователю, и чем более высокая степень модуляции используется в формировании ресурсных элементов, тем больший получается битрейт.
Какие ресурсные блоки будут назначены и сколько их получит пользователь в данный момент времени, зависит от модернизированного алгоритма составления частотно-временного расписания. Алгоритм составления расписания, используемый в LTE, похож на тот, что применяется в HSPA и обеспечивает оптимальное функционирование различных услуг в различных условиях.
Физические ресурсы нисходящего канала LTE основаны на OFDM.
В восходящем канале, LTE использует пре-кодированную версию OFDM под названием SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access - множественный доступ с частотным разделением на базе одной несущей). Это предпринято для того, чтобы компенсировать расходы на OFDM, который отличается очень высоким отношением пиковой мощности к средней мощности радиосигнала (PARP - Peak to Average Power Ratio). Реализация высоких значений PARP требуют использования дорогих и неэффективных усилителей мощности, предъявляющих высокие требования к линейности, что сказывается на росте стоимости терминалов и быстроте разряда батарей.
SC-FDMA позволяет решить проблему за счет объединения ресурсных блоков таким образом, что сокращаются требования к линейности, а также к потребляемой мощности усилителя. Меньшие значения PARP кроме того улучшают покрытие и производительность соты.
3.6 FDD и TDD
Частотные диапазоны для FDD и TDD
LTE может использоваться, как в парных (FDD), так и в непарных (TDD) участках спектра. FDD - обеспечивает большую эффективность и представляет больший потенциал использования устройств и инфраструктуры, тогда как TDD выполняет роль хорошего дополнения. Так как оборудование для LTE практически идентично для случаев FDD и TDD (кроме фильтров), операторы, которые начнут с построения сетей на TDD, смогут далее воспользоваться эффектом экономии на масштабе, который обеспечит широкое распространение продуктов FDD.
Сегодня все сотовые системы связи используют FDD, и более 90% частот, используемых системами мобильной связи во всем мире являются парными наборами полос частот. В случае с FDD, трафик вниз и вверх обеспечивается одновременно в различных частотных диапазонах. В системах TDD, передача в канале вверх и вниз не ведется непрерывно, что позволяет использовать для организации канала один и тот же частотный диапазон. Например, если разделить время между передачей вверх и вниз в соотношении 1:1, то направление вверх будет использоваться лишь половину времени. Средняя мощность, для каждого сеанса связи, также оказывается равна половине пиковой мощности. Поскольку пиковая мощность ограничена регулятором, то в результате получается, что для той же пиковой мощности, TDD обеспечивает меньшее покрытие, нежели FDD.
Более того, операторы зачастую хотели бы выделить более, чем половину своих ресурсов для организации канала вниз (чтобы повысить пиковую скорость в этом направлении). Если соотношение DL/UL равно 3:1, то для реализации сети TDD потребуется на 120% больше сайтов, против реализации сети FDD.
Различные соотношения DL/UL в TDD-канале
Сейчас 3GPP было выделено 10 различных дипазона частот для построения систем LTE-FDD и 4 частотных диапазона для LTE-TDD, это отражено в таблицах. Скорее всего этот перечень будет расширяться за счет добавления других частотных диапазонов, таких, например, как диапазон 700 МГц на территории США.
Полосы частот для LTE-FDD и LTE-TDD
Инфраструктура сети LTE и терминалы будут сразу поддерживать работу с множеством частотных диапазонов. LTE достаточно быстро сможет обеспечить возможность экономии на масштабах глобального покрытия.
LTE поддерживает гибкий подход к ширине несущих, которые могут варьировать от менее, чем 5 МГц вплоть до 20 МГц во многих частотных диапазонах, причем, как при построении сети FDD, так и при TDD.
Оператор может разворачивать LTE-сеть в новых или и в уже имеющихся частотных диапазонах.
Первыми могут быть диапазоны, где, в целом, легче будет найти несущие в 10 МГц или в 20 МГц (например, 2.6 ГГц (диапазон VII), AWS (диапазон IV) или диапазон 700 МГц), но, кроме того, LTE можно строить во всех сотовых диапазонах. В отличие от прежних систем сотовой связи, LTE будет быстро развернута в различных частотных диапазонах.
4. Сравнение сетей WiMAX и LTE
Обе сети позиционируют себя как класс следующий после 3G сетей.
Обе сети используют технологию MIMO и OFDM передачу данных.
Максимальные скорости: WiMAX 100Мб\с LTE 300Мб\сs
Стандарт WiMAX принят и утвержден, ведется развертывание этих сетей, в свою очередь LTE находится на стадии доработки спецификаций и утверждения.
Недостатком сетей WiMAX является то, что их нужно строить практически с нуля, в то время как для LTE нужно лишь модернизировать оборудование.
Рабочие частоты LTE - GSM частоты (400-2700MHz), WiMAX - 5.47-5.67 Ghz.
Абоненты сети LTE - это абоненты мобильных операторов, для технологии WiMAX же абонентскую базу необходимо отвоевывать у мобильных операторов.
Несмотря на то, что эти два стандарта являются альтернативой друг другу, изготовители предпочитают встраивать в оборудование поддержку обоих стандартов, это выгодно для потребителя и очень способствует развитию широкополосной связи.
5.1 Ценовая эффективность
Существует большая поддержка LTE со стороны Mobile-индустрии. Многие поставщики, операторы и НИИ участвуют в стандартизации этой технологии.
Ключевой фактор успеха любой технологии - это экономия на масштабе. Преимущества, связанные с объемами, существенны, как для абонентских терминалов, та и для оборудования. Они сказываются на снижении затрат на производство и позволяют операторам предоставлять абонентам эффективные по цене услуги. Это одна из основных причин, которая привлекает к LTE тех операторов, которые только собираются выйти на рынок с собственной сетью мобильного ШПД.
Продвижение LTE на рынок будет осуществляться по разным сценариям, в зависимости от конкретных рыночных условий в той или иной стране, регуляторных особенностей. Первые устройства будут мультимодовыми, что позволит говорить о широкой зоне покрытия, мобильности и услуг с первого дня запуска сети LTE. До внедрения LTE можно будет использовать существующие стандартные сети мобильной связи.
Важно, что внедрение инфраструктуры LTE очень простое и эффективно с точки зрения затра. Например, должна быть возможно осуществить модернизацию существующих базовых станций радиоподсети под требования LTE, используя легко заменяемые модули, причем они смогут работать и с одним частотным диапазоном и с парными наборами частот.
Отдельные базовые станции для LTE также будет проще установить, чем современное оборудование GSM/WCDMA. Запуск сети, ее эксплуатация и менеджмент могут быть упрощены за счет использования таких функций, как "включил и работает" и "авто-отимизация", что позитивно сказывается на сокращении капитальных и операционных затрат оператора.
Технология LTE целиком подходит под характеристику "технологий завтрашнего дня" . Быстрая скорость, устойчивость к помехам, масштабируемость, приспособленность к сложным условиям передачи сигнала, все это хорошо согласуется с современными требованиями к мультисервисным сетям. Готовность к использованию этой технологии подтверждают как операторы так и производители базовых станций.
5.2 Заключение
LTE-сеть отвечает требованиям к сетям мобильной связи следуюшего поколения - как для существующих операторов 3GPP/3GPP2, так и для новых операторов. Данная технология позволит предоставлять более производительные услуги мобильного ШПД для очень большой аудитории, применяя комбинацию максимальных скоростей и большой пропускной мощности системы в любом направлении, причем с очень низким latency.
Инфраструктура LTE разработана так, что развертывание и эксплуатация будет более простой, с этой целью разработана более гибкая технология, способная работать в широком классе частотных диапазонов. LTE также имеет возможность масштабирования частотных диапазонов и поддерживает, как парные частотные диапазоны (для FDD), так и одиночные (для TDD). Архитектура LTE-SAE будет обеспечивать межсетевое взаимодействие с сетями GSM, WCDMA/HSPA, TD-SCDMA и CDMA.
В LTE-сети можно будет находиться не только с помощью мобильного телефона, но также с помощью компьютера, нетбука, ноутбука, , камеры, камкордера, и др. устройств, сориентированных на мобильный ШПД.