Mạng LTE gần đây đã được tập đoàn 3GPP phê duyệt. Bằng cách sử dụng giao diện không khí như vậy, có thể có được một mạng với hiệu suất chưa từng có về tốc độ truyền dữ liệu tối đa, độ trễ chuyển tiếp gói và hiệu suất phổ. Các tác giả nói rằng sự ra mắt của mạng LTE cho phép sử dụng linh hoạt hơn phổ vô tuyến, công nghệ đa ăng-ten, thích ứng kênh, cơ chế lập lịch, tổ chức truyền lại dữ liệu và kiểm soát công suất.
Backstory
Băng thông rộng di động, dựa trên công nghệ dữ liệu gói tốc độ cao HSPA, đã được người dùng mạng di động chấp nhận rộng rãi. Tuy nhiên, cần phải cải thiện hơn nữa dịch vụ của họ, ví dụ như tăng tốc độ truyền dữ liệu, giảm thiểu thời gian trễ, cũng như tăng dung lượng mạng tổng thể, vì yêu cầu của người dùngcác dịch vụ của thông tin liên lạc không ngừng tăng lên. Vì mục đích này, đặc điểm kỹ thuật của giao diện vô tuyến HSPA Evolution và LTE đã được thực hiện bởi tập đoàn 3GPP.
Sự khác biệt chính so với các phiên bản trước đó
Mạng LTE khác với hệ thống 3G được phát triển trước đây bởi các đặc tính kỹ thuật được cải tiến, bao gồm tốc độ truyền dữ liệu tối đa hơn 300 megabit / giây, độ trễ chuyển tiếp gói không quá 10 mili giây và hiệu suất phổ đã trở nên cao hơn nhiều. Việc xây dựng mạng LTE có thể được thực hiện ở cả các dải tần số mới và các nhà khai thác hiện có.
Giao diện vô tuyến này được định vị như một giải pháp mà các nhà khai thác sẽ dần chuyển đổi từ các hệ thống tiêu chuẩn hiện có, đó là 3GPP và 3GPP2. Và việc phát triển giao diện này là một giai đoạn khá quan trọng trên con đường hình thành chuẩn mạng 4G IMT-Advanced, tức là thế hệ mới. Trên thực tế, thông số kỹ thuật LTE đã chứa hầu hết các tính năng ban đầu dành cho hệ thống 4G.
Nguyên tắc tổ chức giao diện vô tuyến
Thông tin vô tuyến có một đặc điểm là chất lượng của kênh vô tuyến không đổi theo thời gian và không gian mà phụ thuộc vào tần số. Ở đây cần phải nói rằng các tham số truyền thông thay đổi tương đối nhanh do kết quả của sự lan truyền đa đường của sóng vô tuyến. Để duy trì tốc độ trao đổi thông tin không đổi qua kênh vô tuyến, một số phương pháp thường được sử dụng để giảm thiểuthay đổi tương tự, cụ thể là các phương pháp phân tập truyền dẫn khác nhau. Đồng thời, trong quá trình truyền gói thông tin, không phải lúc nào người dùng cũng có thể nhận thấy những biến động ngắn hạn của tốc độ bit. Chế độ mạng LTE giả định như một nguyên tắc cơ bản của truy cập vô tuyến không phải để giảm, mà là áp dụng những thay đổi nhanh chóng về chất lượng của kênh vô tuyến để đảm bảo sử dụng hiệu quả nhất các tài nguyên vô tuyến có sẵn tại bất kỳ thời điểm nào. Điều này được thực hiện trong các miền tần số và thời gian thông qua công nghệ truy cập vô tuyến OFDM.
thiết bị mạng LTE
Chỉ có thể hiểu nó là loại hệ thống nào khi hiểu nó được tổ chức như thế nào. Nó dựa trên công nghệ OFDM thông thường, liên quan đến việc truyền dữ liệu qua một số sóng mang con băng tần hẹp. Việc sử dụng cái sau kết hợp với tiền tố theo chu kỳ có thể làm cho giao tiếp dựa trên OFDM chống lại sự phân tán thời gian của các tham số kênh vô tuyến, và cũng có thể thực tế loại bỏ nhu cầu về bộ cân bằng phức tạp ở phía nhận. Tình huống này hóa ra rất hữu ích cho việc tổ chức một đường xuống, vì trong trường hợp này, có thể đơn giản hóa việc xử lý tín hiệu của máy thu ở tần số chính, điều này cũng giúp giảm chi phí của chính thiết bị đầu cuối. như điện năng mà nó tiêu thụ. Và điều này trở nên đặc biệt quan trọng khi sử dụng mạng 4G LTE cùng với tính năng đa luồng.
Đường lên, nơi công suất bức xạ thấp hơn đáng kể so với đường xuống, yêu cầu bắt buộc phải đưa vào công việcmột phương pháp truyền thông tin tiết kiệm năng lượng để tăng vùng phủ sóng, giảm tiêu thụ điện năng của thiết bị nhận cũng như chi phí của nó. Các nghiên cứu được tiến hành đã dẫn đến một thực tế là hiện nay đối với LTE đường lên, công nghệ đơn tần số để phát thông tin dưới dạng OFDM với độ phân tán tương ứng với luật biến đổi Fourier rời rạc được sử dụng. Giải pháp này cung cấp tỷ lệ mức công suất trung bình và tối đa thấp hơn so với điều chế thông thường, giúp cải thiện hiệu quả năng lượng và đơn giản hóa việc thiết kế các thiết bị đầu cuối.
Tài nguyên cơ bản được sử dụng để truyền thông tin theo công nghệ ODFM có thể được hiển thị dưới dạng mạng tần số thời gian tương ứng với bộ ký hiệu OFDM và các sóng mang con trong miền thời gian và tần số. Chế độ mạng LTE giả định rằng hai khối tài nguyên được sử dụng ở đây như phần tử chính của truyền dữ liệu, tương ứng với băng tần 180 kilohertz và khoảng thời gian là một phần nghìn giây. Một loạt các tốc độ dữ liệu có thể được thực hiện bằng cách kết hợp các tài nguyên tần số, thiết lập các thông số truyền thông bao gồm tốc độ mã và lựa chọn thứ tự điều chế.
Thông số kỹ thuật
Nếu chúng ta xem xét mạng LTE, nó là gì sẽ trở nên rõ ràng sau một số giải thích nhất định. Để đạt được các mục tiêu cao đặt ra cho giao diện vô tuyến của một mạng như vậy, các nhà phát triển của nó đã tổ chức một sốkhoảnh khắc và chức năng. Mỗi loại trong số chúng sẽ được mô tả bên dưới, với chỉ dẫn chi tiết về cách chúng ảnh hưởng đến các chỉ số quan trọng như dung lượng mạng, vùng phủ sóng vô tuyến, thời gian trễ và tốc độ truyền dữ liệu.
Linh hoạt trong việc sử dụng phổ vô tuyến
Các quy phạm pháp luật hoạt động trong một khu vực địa lý cụ thể ảnh hưởng đến cách tổ chức thông tin di động. Có nghĩa là, họ quy định phổ vô tuyến được phân bổ trong các dải tần số khác nhau bởi các dải không ghép đôi hoặc ghép đôi có độ rộng khác nhau. Tính linh hoạt khi sử dụng là một trong những ưu điểm quan trọng nhất của phổ vô tuyến LTE, cho phép nó được sử dụng trong các tình huống khác nhau. Kiến trúc của mạng LTE không chỉ cho phép hoạt động ở các dải tần khác nhau mà còn có thể sử dụng các dải tần có độ rộng khác nhau: từ 1,25 đến 20 megahertz. Ngoài ra, một hệ thống như vậy có thể hoạt động ở các dải tần số chưa ghép đôi và đã ghép nối, hỗ trợ song công theo thời gian và tần số.
Nếu chúng ta nói về các thiết bị đầu cuối, thì khi sử dụng các dải tần được ghép nối, thiết bị có thể hoạt động ở chế độ song công hoặc bán song công. Chế độ thứ hai, trong đó thiết bị đầu cuối nhận và truyền dữ liệu ở các thời điểm khác nhau và ở các tần số khác nhau, hấp dẫn ở chỗ nó làm giảm đáng kể các yêu cầu đối với các đặc tính của bộ lọc song công. Nhờ đó, có thể giảm giá thành của các thiết bị đầu cuối. Ngoài ra, có thể giới thiệu các dải tần số được ghép nối với khoảng cách song công thấp. Nó chỉ ra rằng các mạngTruyền thông di động LTE có thể được tổ chức theo hầu hết mọi phân bố của phổ tần số.
Thách thức duy nhất trong việc phát triển công nghệ truy cập vô tuyến cho phép sử dụng linh hoạt phổ vô tuyến là làm cho các thiết bị liên lạc tương thích. Để đạt được mục tiêu này, công nghệ LTE thực hiện một cấu trúc khung giống hệt nhau trong trường hợp sử dụng các dải tần số có độ rộng khác nhau và các chế độ song công khác nhau.
Truyền dữ liệu đa ăng-ten
Việc sử dụng phát sóng đa anten trong hệ thống thông tin di động cho phép cải thiện các đặc tính kỹ thuật của chúng, cũng như mở rộng khả năng của chúng về dịch vụ thuê bao. Phạm vi phủ sóng của mạng LTE liên quan đến việc sử dụng hai phương pháp truyền dẫn đa ăng ten: phân tập và đa luồng, như một trường hợp đặc biệt là sự hình thành của một chùm vô tuyến hẹp. Sự đa dạng có thể được coi là một cách để cân bằng mức tín hiệu đến từ hai ăng-ten, cho phép bạn loại bỏ sự sụt giảm sâu trong mức tín hiệu nhận được từ mỗi ăng-ten riêng biệt.
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn mạng LTE: nó là gì và nó sử dụng tất cả các chế độ này như thế nào? Phân tập truyền dẫn ở đây dựa trên phương pháp mã hóa không gian-tần số của khối dữ liệu, được bổ sung bằng phân tập thời gian với sự dịch chuyển tần số khi sử dụng đồng thời bốn anten. Tính đa dạng thường được sử dụng trên các liên kết xuống phổ biến mà chức năng lập lịch không thể được áp dụng tùy thuộc vào trạng thái của liên kết. Trong đóđa dạng truyền có thể được sử dụng để gửi dữ liệu người dùng, chẳng hạn như lưu lượng VoIP. Do cường độ tương đối thấp của lưu lượng truy cập như vậy, không thể biện minh cho chi phí bổ sung liên quan đến chức năng lập lịch được đề cập trước đó. Với sự đa dạng dữ liệu, có thể tăng bán kính ô và dung lượng mạng.
Truyền đa luồng để truyền đồng thời một số luồng thông tin qua một kênh vô tuyến liên quan đến việc sử dụng một số ăng-ten thu và phát tương ứng đặt trong thiết bị đầu cuối và trạm mạng cơ sở. Điều này làm tăng đáng kể tốc độ truyền dữ liệu tối đa. Ví dụ: nếu thiết bị đầu cuối được trang bị bốn ăng-ten và một số như vậy có sẵn tại trạm gốc, thì hoàn toàn có thể truyền đồng thời bốn luồng dữ liệu qua một kênh vô tuyến, điều này thực sự làm cho thông lượng của nó có thể tăng gấp bốn lần..
Nếu bạn sử dụng mạng có khối lượng công việc nhỏ hoặc các ô nhỏ, thì nhờ đa luồng, bạn có thể đạt được thông lượng đủ cao cho các kênh vô tuyến, cũng như sử dụng hiệu quả tài nguyên vô tuyến. Nếu có các ô lớn và mức độ tải cao, chất lượng kênh sẽ không cho phép truyền đa luồng. Trong trường hợp này, chất lượng tín hiệu có thể được cải thiện bằng cách sử dụng nhiều ăng-ten phát để tạo thành một chùm hẹp để truyền dữ liệu trong một luồng.
Nếu chúng ta cân nhắcMạng LTE - điều này mang lại cho nó để đạt được hiệu quả cao hơn - thì điều đáng kết luận là đối với công việc chất lượng cao trong các điều kiện hoạt động khác nhau, công nghệ này thực hiện truyền đa luồng thích ứng, cho phép bạn liên tục điều chỉnh số lượng luồng được truyền đồng thời, phù hợp với các kết nối trạng thái kênh thay đổi liên tục. Với điều kiện liên kết tốt, tối đa bốn luồng dữ liệu có thể được truyền đồng thời, đạt tốc độ truyền lên đến 300 megabit / giây với băng thông 20 megahertz.
Nếu điều kiện kênh không thuận lợi, thì việc truyền tải sẽ được thực hiện bởi ít luồng hơn. Trong tình huống này, ăng-ten có thể được sử dụng để tạo thành một chùm tia hẹp, cải thiện chất lượng thu tổng thể, cuối cùng dẫn đến việc tăng dung lượng hệ thống và mở rộng vùng phục vụ. Để cung cấp các khu vực phủ sóng vô tuyến lớn hoặc truyền dữ liệu với tốc độ cao, bạn có thể truyền một luồng dữ liệu đơn lẻ với chùm tia hẹp hoặc sử dụng đa dạng dữ liệu trên các kênh chung.
Cơ chế thích ứng và điều động kênh truyền thông
Nguyên tắc hoạt động của mạng LTE cho rằng việc lập lịch sẽ có nghĩa là phân phối tài nguyên mạng giữa những người dùng để truyền dữ liệu. Điều này cung cấp cho việc lập lịch động ở các kênh hạ lưu và thượng nguồn. Mạng LTE ở Nga hiện được định cấu hình sao cho cân bằng giữa các kênh liên lạc và tổng thểhiệu suất tổng thể của hệ thống.
Giao diện vô tuyến LTE giả định việc thực hiện chức năng lập lịch tùy thuộc vào trạng thái của kênh liên lạc. Nó cung cấp khả năng truyền dữ liệu ở tốc độ cao, đạt được thông qua việc sử dụng điều chế bậc cao, truyền các luồng thông tin bổ sung, giảm mức độ mã hóa kênh và giảm số lần truyền lại. Đối với điều này, các tài nguyên tần số và thời gian được sử dụng, được đặc trưng bởi các điều kiện giao tiếp tương đối tốt. Hóa ra là việc chuyển bất kỳ lượng dữ liệu cụ thể nào được thực hiện trong một khoảng thời gian ngắn hơn.
Mạng LTE ở Nga, cũng như ở các quốc gia khác, được xây dựng theo cách mà lưu lượng của các dịch vụ đang bận chuyển tiếp các gói với trọng tải nhỏ sau những khoảng thời gian giống nhau có thể đòi hỏi phải tăng lưu lượng truyền tín hiệu đó là cần thiết cho lập lịch động. Nó thậm chí có thể vượt quá lượng thông tin được phát đi bởi người dùng. Đó là lý do tại sao có một thứ gọi là lập lịch tĩnh của mạng LTE. Điều này là gì, sẽ trở nên rõ ràng nếu chúng ta nói rằng người dùng được cấp phát tài nguyên RF được thiết kế để truyền một số khung con nhất định.
Nhờ các cơ chế thích ứng, có thể "bóp chết mọi thứ có thể" ra khỏi một kênh có chất lượng liên kết động. Nó cho phép bạn chọn một sơ đồ mã hóa và điều chế kênh phù hợp với các điều kiện truyền thông được đặc trưng bởi mạng LTE. Điều này sẽ trở nên rõ ràng nếu chúng ta nói rằng công việc của anh ấy ảnh hưởng đếnvề tốc độ truyền dữ liệu cũng như xác suất xảy ra bất kỳ lỗi nào trong kênh.
Nguồn và quy định đường lên
Đây là khía cạnh kiểm soát mức công suất phát ra từ các thiết bị đầu cuối để tăng dung lượng mạng, cải thiện chất lượng liên lạc, làm cho vùng phủ sóng vô tuyến lớn hơn, giảm tiêu thụ điện năng. Để đạt được những mục tiêu này, các cơ chế điều khiển công suất cố gắng tối đa hóa mức tín hiệu đến hữu ích đồng thời giảm nhiễu sóng vô tuyến.
Mạng LTE của Beeline và các nhà khai thác khác giả định rằng các tín hiệu đường lên vẫn trực giao, tức là không có nhiễu sóng vô tuyến lẫn nhau giữa những người dùng cùng một ô, ít nhất là đối với các điều kiện liên lạc lý tưởng. Mức độ nhiễu do người sử dụng các ô lân cận tạo ra phụ thuộc vào vị trí đặt đầu cuối phát ra, tức là tín hiệu của nó bị suy giảm như thế nào trên đường đến ô. Mạng Megafon LTE được sắp xếp theo cùng một cách. Sẽ đúng khi nói điều này: thiết bị đầu cuối càng gần ô lân cận, mức độ nhiễu mà nó tạo ra trong đó sẽ càng cao. Các thiết bị đầu cuối ở xa ô lân cận hơn có thể truyền tín hiệu mạnh hơn các thiết bị đầu cuối ở gần ô đó.
Do tính trực giao của các tín hiệu, đường lên có thể ghép các tín hiệu từ các thiết bị đầu cuối có cường độ khác nhau trong một kênh trên cùng một ô. Điều này có nghĩa là không cần phải bù cho mức tín hiệu tăng đột biến,phát sinh do sự lan truyền đa đường của sóng vô tuyến và bạn có thể sử dụng chúng để tăng tốc độ truyền dữ liệu bằng cách sử dụng cơ chế điều chỉnh và lập lịch của các kênh liên lạc.
Rơle dữ liệu
Hầu như bất kỳ hệ thống truyền thông nào và mạng LTE ở Ukraine cũng không ngoại lệ, đôi khi xảy ra lỗi trong quá trình truyền dữ liệu, ví dụ như do tín hiệu mờ dần, nhiễu hoặc nhiễu. Bảo vệ lỗi được cung cấp bằng các phương pháp truyền lại các phần thông tin bị mất hoặc bị hỏng, được thiết kế để đảm bảo thông tin liên lạc chất lượng cao. Tài nguyên vô tuyến được sử dụng hợp lý hơn nhiều nếu giao thức chuyển tiếp dữ liệu được tổ chức hiệu quả. Để tận dụng tối đa giao diện không khí tốc độ cao, công nghệ LTE có hệ thống chuyển tiếp dữ liệu hai lớp hiệu quả năng động triển khai Hybrid ARQ. Nó có chi phí thấp cần thiết để cung cấp phản hồi và gửi lại dữ liệu, hoàn chỉnh với giao thức thử lại có chọn lọc độ tin cậy cao.
Giao thức HARQ cung cấp cho thiết bị nhận thông tin dư thừa, cho phép nó sửa bất kỳ lỗi cụ thể nào. Việc truyền lại thông qua giao thức HARQ dẫn đến sự hình thành dư thừa thông tin bổ sung, có thể được yêu cầu khi việc truyền lại không đủ để loại bỏ lỗi. Việc truyền lại các gói tin chưa được sửa chữa bởi giao thức HARQ được thực hiện vớisử dụng giao thức ARQ. Mạng LTE trên iPhone hoạt động theo các nguyên tắc trên.
Giải pháp này cho phép bạn đảm bảo độ trễ tối thiểu của quá trình dịch gói với chi phí thấp, trong khi độ tin cậy của giao tiếp được đảm bảo. Giao thức HARQ cho phép bạn phát hiện và sửa hầu hết các lỗi, điều này dẫn đến việc sử dụng giao thức ARQ khá hiếm, vì điều này có liên quan đến chi phí đáng kể, cũng như tăng thời gian trễ trong quá trình dịch gói.
Trạm gốc là nút kết thúc hỗ trợ cả hai giao thức này, cung cấp liên kết chặt chẽ giữa các lớp của hai giao thức. Trong số các ưu điểm khác nhau của kiến trúc như vậy là tốc độ cao trong việc loại bỏ các lỗi còn sót lại sau hoạt động của HARQ, cũng như lượng thông tin có thể điều chỉnh được truyền bằng giao thức ARQ.
Giao diện vô tuyến LTE có hiệu suất cao do các thành phần chính của nó. Tính linh hoạt của việc sử dụng phổ vô tuyến làm cho nó có thể sử dụng giao diện vô tuyến này với bất kỳ tài nguyên tần số sẵn có nào. Công nghệ LTE cung cấp một số tính năng cho phép sử dụng hiệu quả các điều kiện truyền thông thay đổi nhanh chóng. Tùy thuộc vào trạng thái của liên kết, chức năng lập lịch trình cấp các tài nguyên tốt nhất cho người dùng. Việc sử dụng công nghệ đa ăng-ten dẫn đến giảm độ mờ tín hiệu và với sự trợ giúp của các cơ chế thích ứng kênh, có thể sử dụng các phương pháp mã hóa và điều chế tín hiệu để đảm bảo chất lượng truyền thông tối ưu trong các điều kiện cụ thể.
