شبکه LTE اخیراً توسط کنسرسیوم 3GPP تأیید شده است. با استفاده از چنین رابط هوایی، می توان به شبکه ای با عملکرد بی سابقه از نظر حداکثر سرعت انتقال داده، تاخیر ارسال بسته و بازده طیفی دست یافت. نویسندگان می‌گویند که راه‌اندازی شبکه LTE امکان استفاده انعطاف‌پذیرتر از طیف رادیویی، فناوری چند آنتنی، تطبیق کانال، مکانیسم‌های زمانبندی، سازماندهی ارسال مجدد داده‌ها و کنترل توان را فراهم می‌کند.
پس زمینه
پهنای باند تلفن همراه، که مبتنی بر فناوری داده های بسته پرسرعت HSPA است، در حال حاضر به طور گسترده توسط کاربران شبکه سلولی پذیرفته شده است. با این حال، بهبود بیشتر خدمات آنها ضروری است، به عنوان مثال، با استفاده از افزایش سرعت انتقال داده، به حداقل رساندن زمان تاخیر و همچنین افزایش ظرفیت کلی شبکه، زیرا نیازهای کاربران بهخدمات چنین ارتباطی به طور مداوم در حال افزایش است. برای این منظور بود که مشخصات رابط‌های رادیویی HSPA Evolution و LTE توسط کنسرسیوم 3GPP ساخته شد.
تفاوت های اصلی با نسخه های قبلی
شبکه LTE با سیستم 3G قبلی توسعه یافته با ویژگی های فنی بهبود یافته متفاوت است، از جمله حداکثر سرعت انتقال داده بیش از 300 مگابیت در ثانیه، تاخیر ارسال بسته از 10 میلی ثانیه تجاوز نمی کند، و بازده طیفی افزایش یافته است. بسیار بالاتر ساخت شبکه های LTE هم در باندهای فرکانسی جدید و هم در اپراتورهای موجود قابل انجام است.
این رابط رادیویی به عنوان راه حلی قرار می گیرد که اپراتورها به تدریج از سیستم های استانداردهایی که در حال حاضر وجود دارند، اینها 3GPP و 3GPP2 هستند، جایگزین می شوند. و توسعه این رابط یک مرحله نسبتا مهم در راه شکل گیری استاندارد شبکه 4G IMT-Advanced، یعنی نسل جدید است. در واقع، مشخصات LTE در حال حاضر شامل بیشتر ویژگی هایی است که در ابتدا برای سیستم های 4G در نظر گرفته شده بود.
اصل سازماندهی رابط رادیویی
ارتباط رادیویی یک ویژگی مشخص دارد و آن این است که کیفیت کانال رادیویی در زمان و مکان ثابت نیست، بلکه به فرکانس بستگی دارد. در اینجا لازم است بگوییم که پارامترهای ارتباطی در نتیجه انتشار چند مسیره امواج رادیویی نسبتاً سریع تغییر می کنند. به منظور حفظ نرخ ثابت تبادل اطلاعات در کانال رادیویی، معمولاً از تعدادی روش برای به حداقل رساندن استفاده می شودتغییرات مشابه، یعنی روش های مختلف تنوع انتقال. در عین حال، در فرآیند انتقال بسته های اطلاعاتی، کاربران همیشه نمی توانند متوجه نوسانات کوتاه مدت در نرخ بیت شوند. حالت شبکه LTE به عنوان یک اصل اساسی دسترسی رادیویی فرض می‌کند که نه کاهش، بلکه اعمال تغییرات سریع در کیفیت کانال رادیویی به منظور اطمینان از کارآمدترین استفاده از منابع رادیویی موجود در هر زمان معین. این در حوزه‌های فرکانس و زمان از طریق فناوری دسترسی رادیویی OFDM اجرا می‌شود.
دستگاه شبکه LTE
چه نوع سیستمی است فقط با درک نحوه سازماندهی آن قابل درک است. این مبتنی بر فناوری OFDM معمولی است که شامل انتقال داده ها از طریق چندین حامل فرعی با باند باریک است. استفاده از دومی در ترکیب با یک پیشوند چرخه ای باعث می شود که ارتباطات مبتنی بر OFDM در برابر پراکندگی زمانی پارامترهای کانال رادیویی مقاوم باشد و همچنین امکان حذف عملاً نیاز به اکولایزرهای پیچیده در سمت گیرنده را فراهم می کند. به نظر می رسد که این شرایط برای سازماندهی یک downlink بسیار مفید است، زیرا در این حالت می توان پردازش سیگنال ها توسط گیرنده را در فرکانس اصلی ساده کرد، که باعث می شود هزینه خود دستگاه ترمینال نیز کاهش یابد. به عنوان قدرت مصرف شده توسط آن. و این امر به ویژه هنگام استفاده از شبکه 4G LTE همراه با پخش چند جریانی مهم می شود.
لینک بالا، که در آن توان تابشی به طور قابل توجهی کمتر از لینک پایین است، نیاز به گنجاندن اجباری در کار دارد.یک روش انتقال اطلاعات کم مصرف برای افزایش سطح پوشش، کاهش مصرف برق دستگاه گیرنده و همچنین هزینه آن. مطالعات انجام شده به این واقعیت منجر شده است که در حال حاضر برای uplink LTE، یک فناوری تک فرکانس برای پخش اطلاعات در قالب OFDM با پراکندگی متناظر با قانون تبدیل فوریه گسسته استفاده می شود. این راه حل نسبت کمتری از میانگین و حداکثر سطح توان را در مقایسه با مدولاسیون معمولی ارائه می دهد که باعث بهبود بهره وری انرژی و ساده سازی طراحی دستگاه های ترمینال می شود.
منبع اساسی مورد استفاده در انتقال اطلاعات مطابق با فناوری ODFM را می توان به عنوان یک شبکه زمان-فرکانس که با مجموعه نمادهای OFDM و حامل های فرعی در حوزه زمان و فرکانس مطابقت دارد نشان داد. حالت شبکه LTE فرض می کند که در اینجا از دو بلوک منبع به عنوان عنصر اصلی انتقال داده استفاده می شود که مربوط به باند فرکانسی 180 کیلوهرتز و فاصله زمانی یک میلی ثانیه است. طیف گسترده‌ای از نرخ‌های داده را می‌توان با ترکیب منابع فرکانس، تنظیم پارامترهای ارتباطی از جمله نرخ کد و انتخاب ترتیب مدولاسیون متوجه شد.
مشخصات
اگر شبکه های LTE را در نظر بگیریم، پس از توضیحاتی مشخص می شود که چیست. به منظور دستیابی به اهداف بالایی که برای رابط رادیویی چنین شبکه ای تعیین شده است، توسعه دهندگان آن تعدادی از موارد بسیار مهم را سازماندهی کردندلحظات و عملکرد هر یک از آنها در زیر توضیح داده خواهد شد، با نشانی دقیق از نحوه تأثیرگذاری آنها بر شاخص های مهم مانند ظرفیت شبکه، پوشش رادیویی، زمان تاخیر و نرخ انتقال داده.
انعطاف پذیری در استفاده از طیف رادیویی
هنجارهای قانونی که در یک منطقه جغرافیایی خاص عمل می کنند بر نحوه سازماندهی ارتباطات سیار تأثیر می گذارد. یعنی طیف رادیویی تخصیص یافته در محدوده فرکانسی مختلف توسط باندهای جفت نشده یا جفت شده با عرض های مختلف را تجویز می کنند. انعطاف پذیری در استفاده یکی از مهمترین مزیت های طیف رادیویی LTE است که امکان استفاده از آن را در شرایط مختلف فراهم می کند. معماری شبکه LTE نه تنها امکان کار در باندهای فرکانسی مختلف، بلکه استفاده از باندهای فرکانسی با عرض های مختلف را نیز فراهم می کند: از 1.25 تا 20 مگاهرتز. علاوه بر این، چنین سیستمی می تواند در باندهای فرکانسی جفت نشده و جفت شده کار کند و به ترتیب زمان و فرکانس دوبلکس را پشتیبانی کند.
اگر در مورد دستگاه های ترمینال صحبت می کنیم، هنگام استفاده از باندهای فرکانس جفت شده، دستگاه می تواند در حالت تمام دوبلکس یا نیمه دوبلکس کار کند. حالت دوم، که در آن ترمینال داده ها را در زمان های مختلف و در فرکانس های مختلف دریافت و ارسال می کند، از این جهت جذاب است که الزامات مربوط به ویژگی های فیلتر دوبلکس را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. به لطف این امکان کاهش هزینه دستگاه های ترمینال وجود دارد. علاوه بر این، امکان معرفی باندهای فرکانسی جفتی با فاصله دوطرفه کم وجود دارد. معلوم می شود که شبکه هاارتباطات سیار LTE را می توان تقریباً در هر توزیعی از طیف فرکانس سازماندهی کرد.
تنها چالش در توسعه فناوری دسترسی رادیویی که امکان استفاده انعطاف پذیر از طیف رادیویی را فراهم می کند، سازگار کردن دستگاه های ارتباطی است. برای این منظور، فناوری LTE یک ساختار فریم یکسان را در مورد استفاده از باندهای فرکانسی با عرض های مختلف و حالت های مختلف دوبلکس پیاده سازی می کند.
انتقال داده چند آنتن
استفاده از پخش چند آنتنی در سیستم های ارتباطی سیار باعث بهبود ویژگی های فنی آنها و همچنین گسترش قابلیت های آنها از نظر خدمات مشترک می شود. پوشش شبکه LTE شامل استفاده از دو روش انتقال چند آنتنی است: تنوع و چند جریانی که یک مورد خاص آن تشکیل یک پرتو رادیویی باریک است. تنوع را می‌توان راهی برای یکسان کردن سطح سیگنالی که از دو آنتن می‌آید در نظر گرفت، که به شما امکان می‌دهد افت عمیق در سطح سیگنال‌هایی را که از هر آنتن جداگانه دریافت می‌شود حذف کنید.
بیایید نگاهی دقیق تر به شبکه LTE بیندازیم: چیست و چگونه از همه این حالت ها استفاده می کند؟ تنوع انتقال در اینجا بر اساس روش کدگذاری فضا-فرکانس بلوک های داده است که با تنوع زمانی با تغییر فرکانس در هنگام استفاده همزمان از چهار آنتن تکمیل می شود. تنوع به طور معمول در پایین لینک های معمولی استفاده می شود که تابع زمان بندی را نمی توان بسته به وضعیت پیوند اعمال کرد. که در آناز تنوع انتقال می توان برای ارسال داده های کاربر مانند ترافیک VoIP استفاده کرد. به دلیل شدت نسبتاً کم چنین ترافیکی، سربار اضافی که با تابع زمانبندی که قبلاً ذکر شد مرتبط است قابل توجیه نیست. با تنوع داده ها، افزایش شعاع سلول ها و ظرفیت شبکه امکان پذیر است.
انتقال چند جریانی برای انتقال همزمان تعدادی جریان اطلاعات در یک کانال رادیویی شامل استفاده از چندین آنتن گیرنده و فرستنده به ترتیب در دستگاه پایانه و ایستگاه شبکه پایه است. این به طور قابل توجهی حداکثر سرعت انتقال داده را افزایش می دهد. به عنوان مثال، اگر دستگاه پایانه مجهز به چهار آنتن باشد و چنین عددی در ایستگاه پایه موجود باشد، در این صورت امکان انتقال همزمان حداکثر چهار جریان داده در یک کانال رادیویی وجود دارد که در واقع امکان چهار برابر کردن توان عملیاتی آن را فراهم می کند..
اگر از شبکه‌ای با حجم کاری کم یا سلول‌های کوچک استفاده می‌کنید، به لطف چند جریانی، می‌توانید به گذردهی کافی برای کانال‌های رادیویی و همچنین استفاده کارآمد از منابع رادیویی دست پیدا کنید. اگر سلول‌های بزرگ و بار زیاد وجود داشته باشد، کیفیت کانال اجازه انتقال چند جریانی را نمی‌دهد. در این مورد، کیفیت سیگنال را می توان با استفاده از آنتن های انتقال چندگانه برای تشکیل یک پرتو باریک برای انتقال داده ها در یک جریان بهبود بخشید.
اگر در نظر بگیریمشبکه LTE - آنچه که به آن می دهد برای دستیابی به کارایی بیشتر - پس ارزش این را دارد که نتیجه گیری کنیم که برای کار با کیفیت بالا در شرایط عملیاتی مختلف، این فناوری انتقال چند جریانی تطبیقی را اجرا می کند که به شما امکان می دهد به طور مداوم تعداد جریان های ارسال شده را به طور همزمان تنظیم کنید. مطابق با اتصالات وضعیت کانال دائما در حال تغییر. با شرایط پیوند خوب، حداکثر چهار جریان داده را می توان به طور همزمان منتقل کرد و به سرعت انتقال تا 300 مگابیت در ثانیه با پهنای باند 20 مگاهرتز دست یافت.
اگر شرایط کانال چندان مساعد نیست، انتقال توسط جریان های کمتری انجام می شود. در این شرایط می توان از آنتن ها برای تشکیل یک پرتو باریک استفاده کرد و کیفیت کلی دریافت را بهبود بخشید که در نهایت منجر به افزایش ظرفیت سیستم و گسترش منطقه خدمات می شود. برای ارائه مناطق وسیع پوشش رادیویی یا انتقال داده با سرعت بالا، می‌توانید یک جریان داده را با یک پرتو باریک انتقال دهید یا از تنوع داده در کانال‌های رایج استفاده کنید.
مکانیسم مناسب سازی و ارسال کانال ارتباطی
اصل عملکرد شبکه های LTE فرض می کند که زمان بندی به معنای توزیع منابع شبکه بین کاربران برای انتقال داده است. این برنامه زمان بندی پویا را در کانال های پایین دستی و بالادستی فراهم می کند. شبکه های LTE در روسیه در حال حاضر به گونه ای پیکربندی شده اند که کانال های ارتباطی و به طور کلی را متعادل کنندعملکرد کلی سیستم.
رابط رادیویی LTE اجرای تابع زمان بندی را بسته به وضعیت کانال ارتباطی فرض می کند. این انتقال داده را با سرعت بالا فراهم می کند که از طریق استفاده از مدولاسیون با مرتبه بالا، انتقال جریان های اطلاعات اضافی، کاهش درجه کدگذاری کانال و کاهش تعداد ارسال مجدد به دست می آید. برای این کار از منابع فرکانس و زمانی استفاده می شود که با شرایط ارتباطی نسبتاً خوبی مشخص می شود. به نظر می رسد که انتقال هر مقدار خاص داده در مدت زمان کوتاه تری انجام می شود.
شبکه‌های LTE در روسیه، مانند سایر کشورها، به‌گونه‌ای ساخته شده‌اند که ترافیک سرویس‌هایی که مشغول ارسال بسته‌ها با حجم کم پس از بازه‌های زمانی یکسان هستند، ممکن است نیاز به افزایش میزان ترافیک سیگنالینگ داشته باشد. که برای برنامه ریزی پویا لازم است. حتی ممکن است از مقدار اطلاعاتی که کاربر پخش می کند بیشتر باشد. به همین دلیل چیزی به نام زمان بندی ثابت شبکه LTE وجود دارد. این چیست، اگر بگوییم که به کاربر یک منبع RF اختصاص داده شده است که برای ارسال تعداد معینی از زیرفریم ها طراحی شده است، روشن می شود.
به لطف مکانیسم‌های تطبیق، امکان "فشار همه چیز ممکن" از کانالی با کیفیت پیوند پویا وجود دارد. این به شما امکان می دهد یک طرح کدگذاری و مدولاسیون کانال را مطابق با شرایط ارتباطی مشخص شده توسط شبکه های LTE انتخاب کنید. اگر بگوییم کار او تأثیر می گذارد، این چیست روشن می شوددر مورد سرعت انتقال داده ها و همچنین احتمال بروز هرگونه خطا در کانال.
قدرت و تنظیم Uplink
این جنبه در مورد کنترل سطح توان ساطع شده از پایانه ها برای افزایش ظرفیت شبکه، بهبود کیفیت ارتباطات، بزرگتر کردن منطقه پوشش رادیویی، کاهش مصرف برق است. برای دستیابی به این اهداف، مکانیسم‌های کنترل توان تلاش می‌کنند تا سطح سیگنال ورودی مفید را به حداکثر برسانند و در عین حال تداخل رادیویی را کاهش دهند.
شبکه های LTE Beeline و سایر اپراتورها فرض می کنند که سیگنال های uplink متعامد باقی می مانند، یعنی حداقل برای شرایط ارتباطی ایده آل، نباید تداخل رادیویی متقابل بین کاربران یک سلول وجود داشته باشد. سطح تداخلی که توسط کاربران سلول‌های همسایه ایجاد می‌شود به این بستگی دارد که ترمینال ساطع کننده در کجا قرار دارد، یعنی اینکه سیگنال آن چگونه در مسیر رسیدن به سلول ضعیف می‌شود. شبکه Megafon LTE دقیقاً به همین ترتیب تنظیم شده است. درست است که بگوییم: هر چه ترمینال به سلول همسایه نزدیکتر باشد، سطح تداخلی که در آن ایجاد می کند بالاتر خواهد بود. پایانه هایی که دورتر از سلول همسایه هستند می توانند سیگنال های قوی تری نسبت به پایانه هایی که در مجاورت آن هستند ارسال کنند.
با توجه به متعامد بودن سیگنال ها، پیوند بالا می تواند سیگنال های پایانه های با قدرت های مختلف را در یک کانال در همان سلول چندگانه کند. این به این معنی است که نیازی به جبران جهش های سطح سیگنال نیست،که به دلیل انتشار چند مسیره امواج رادیویی به وجود می آیند و می توانید با استفاده از مکانیسم های انطباق و زمان بندی کانال های ارتباطی، از آنها برای افزایش سرعت انتقال داده ها استفاده کنید.
رله داده
تقریباً هر سیستم ارتباطی و شبکه های LTE در اوکراین از این قاعده مستثنی نیستند، هر از گاهی در فرآیند انتقال داده خطاهایی ایجاد می کنند، به عنوان مثال، به دلیل محو شدن سیگنال، تداخل یا نویز. حفاظت از خطا با روش‌های ارسال مجدد اطلاعات گم‌شده یا خراب، که برای اطمینان از ارتباطات با کیفیت بالا طراحی شده‌اند، ارائه می‌شود. اگر پروتکل رله داده به طور مؤثر سازماندهی شود، از منبع رادیویی بسیار منطقی تر استفاده می شود. به منظور استفاده حداکثری از رابط هوا با سرعت بالا، فناوری LTE دارای یک سیستم رله داده دولایه کارآمد است که ARQ هیبریدی را پیاده سازی می کند. این دارای سربار پایینی است که برای ارائه بازخورد و ارسال مجدد داده ها، با یک پروتکل امتحان مجدد انتخابی با قابلیت اطمینان بالا کامل شده است.
پروتکل HARQ اطلاعات اضافی را در اختیار دستگاه گیرنده قرار می دهد و آن را قادر می سازد هر گونه خطای خاص را تصحیح کند. ارسال مجدد از طریق پروتکل HARQ منجر به تشکیل افزونگی اطلاعات اضافی می شود، که ممکن است زمانی که ارسال مجدد برای حذف خطاها کافی نباشد، مورد نیاز باشد. ارسال مجدد بسته هایی که توسط پروتکل HARQ تصحیح نشده اند با انجام می شودبا استفاده از پروتکل ARQ شبکه های LTE در آیفون طبق اصول بالا کار می کنند.
این راه حل به شما امکان می دهد حداقل تاخیر ترجمه بسته را با سربار کم تضمین کنید، در حالی که قابلیت اطمینان ارتباطات تضمین می شود. پروتکل HARQ به شما این امکان را می دهد که بیشتر خطاها را شناسایی و تصحیح کنید، که منجر به استفاده نسبتاً نادر از پروتکل ARQ می شود، زیرا این امر با سربار قابل توجهی همراه است و همچنین زمان تاخیر در ترجمه بسته را افزایش می دهد..
ایستگاه پایه یک گره پایانی است که از هر دوی این پروتکل ها پشتیبانی می کند و پیوند محکمی بین لایه های دو پروتکل ایجاد می کند. از جمله مزایای مختلف چنین معماری می توان به سرعت بالای حذف خطاهای باقی مانده پس از عملیات HARQ و همچنین میزان قابل تنظیم اطلاعات ارسال شده با استفاده از پروتکل ARQ اشاره کرد.
رابط رادیویی LTE به دلیل اجزای اصلی خود، عملکرد بالایی دارد. انعطاف پذیری استفاده از طیف رادیویی امکان استفاده از این رابط رادیویی را با هر منبع فرکانسی موجود ممکن می سازد. فناوری LTE تعدادی ویژگی را فراهم می کند که امکان استفاده کارآمد از شرایط ارتباطی در حال تغییر را فراهم می کند. بسته به وضعیت پیوند، تابع زمانبندی بهترین منابع را برای کاربران صادر می کند. استفاده از فناوری های چند آنتنی منجر به کاهش محو شدن سیگنال می شود و با کمک مکانیسم های تطبیق کانال می توان از روش های کدگذاری و مدولاسیون سیگنال استفاده کرد که کیفیت بهینه ارتباط را در شرایط خاص تضمین می کند.
