A rede LTE foi recentemente aprovada pelo consórcio 3GPP. Ao usar essa interface aérea, é possível obter uma rede com desempenho sem precedentes em termos de taxa máxima de transferência de dados, atraso de encaminhamento de pacotes e eficiência espectral. Os autores afirmam que o lançamento da rede LTE permite uma utilização mais flexível do espectro radioeléctrico, tecnologia multi-antenas, adaptação de canais, mecanismos de escalonamento, organização da retransmissão de dados e controlo de potência.
História
A banda larga móvel, que é baseada na tecnologia de dados por pacotes de alta velocidade HSPA, já se tornou amplamente aceita pelos usuários de redes celulares. No entanto, é necessário melhorar ainda mais o seu serviço, por exemplo, através do aumento da velocidade de transmissão de dados, minimização do tempo de atraso, bem como aumento da capacidade global da rede, uma vez que as exigências dos utilizadores paraserviços de tal comunicação estão aumentando constantemente. Foi para isso que a especificação das interfaces de rádio HSPA Evolution e LTE foi feita pelo consórcio 3GPP.
Principais diferenças em relação às versões anteriores
A rede LTE difere do sistema 3G desenvolvido anteriormente por características técnicas aprimoradas, incluindo a taxa máxima de transferência de dados de mais de 300 megabits por segundo, o atraso de encaminhamento de pacotes não excede 10 milissegundos e a eficiência espectral tornou-se muito mais alto. A construção de redes LTE pode ser realizada tanto em novas faixas de frequências quanto em operadoras já existentes.
Esta interface rádio posiciona-se como uma solução para a qual os operadores irão progressivamente mudar dos sistemas de padrões que existem atualmente, estes são 3GPP e 3GPP2. E o desenvolvimento dessa interface é uma etapa bastante importante no caminho para a formação do padrão de rede 4G IMT-Advanced, ou seja, uma nova geração. Na verdade, a especificação LTE já contém a maioria dos recursos que foram originalmente destinados a sistemas 4G.
O princípio de organização da interface de rádio
A comunicação por rádio tem uma característica, que é que a qualidade do canal de rádio não é constante no tempo e no espaço, mas depende da frequência. Aqui é necessário dizer que os parâmetros de comunicação mudam de forma relativamente rápida como resultado da propagação multipercurso das ondas de rádio. A fim de manter uma taxa constante de troca de informações no canal de rádio, vários métodos são geralmente usados para minimizar alterações semelhantes, nomeadamente diferentes métodos de diversidade de transmissão. Ao mesmo tempo, no processo de transmissão de pacotes de informações, os usuários nem sempre percebem flutuações de curto prazo na taxa de bits. O modo de rede LTE assume como princípio básico de acesso rádio não reduzir, mas aplicar mudanças rápidas na qualidade do canal de rádio de forma a garantir o uso mais eficiente dos recursos de rádio disponíveis a cada momento. Isso é implementado nos domínios de frequência e tempo através da tecnologia de acesso via rádio OFDM.
dispositivo de rede LTE
Que tipo de sistema só pode ser entendido pela compreensão de como ele está organizado. Baseia-se na tecnologia OFDM convencional, que envolve a transmissão de dados por várias subportadoras de banda estreita. O uso deste último em combinação com um prefixo cíclico torna possível tornar a comunicação baseada em OFDM resistente a dispersões de tempo dos parâmetros do canal de rádio e também torna possível eliminar praticamente a necessidade de equalizadores complexos no lado receptor. Essa circunstância acaba sendo muito útil para organizar um downlink, pois nesse caso é possível simplificar o processamento de sinais pelo receptor na frequência principal, o que permite reduzir o custo do próprio dispositivo terminal, bem como como a energia consumida por ele. E isso se torna especialmente importante ao usar a rede 4G LTE junto com multi-streaming.
O uplink, onde a potência irradiada é significativamente menor do que no downlink, requer inclusão obrigatória no trabalhoum método de transmissão de informações energeticamente eficiente para aumentar a área de cobertura, reduzir o consumo de energia do dispositivo receptor, bem como seu custo. Os estudos realizados levaram ao fato de que agora para o uplink LTE, é utilizada uma tecnologia de transmissão de informação de frequência única na forma de OFDM com uma dispersão correspondente à lei da transformada de Fourier discreta. Esta solução oferece uma relação menor entre os níveis de potência médio e máximo em comparação com a modulação convencional, o que melhora a eficiência energética e simplifica o projeto de dispositivos terminais.
O recurso básico utilizado na transmissão de informações de acordo com a tecnologia ODFM pode ser representado como uma rede tempo-frequência que corresponde ao conjunto de símbolos OFDM e subportadoras nos domínios do tempo e da frequência. O modo de rede LTE assume que dois blocos de recursos são usados aqui como o principal elemento de transmissão de dados, que correspondem a uma banda de frequência de 180 kilohertz e um intervalo de tempo de um milissegundo. Uma ampla gama de taxas de dados pode ser obtida combinando recursos de frequência, definindo parâmetros de comunicação, incluindo taxa de código e seleção de ordem de modulação.
Especificações
Se considerarmos as redes LTE, o que é isso ficará claro após algumas explicações. A fim de atingir as altas metas estabelecidas para a interface de rádio de tal rede, seus desenvolvedores organizaram uma série de importantesmomentos e funcionalidade. Cada um deles será descrito abaixo, com uma indicação detalhada de como eles afetam indicadores importantes, como capacidade de rede, cobertura de rádio, tempo de atraso e taxa de transferência de dados.
Flexibilidade no uso do espectro radioelétrico
Normas legislativas que operam em uma determinada região geográfica afetam a forma como as comunicações móveis serão organizadas. Ou seja, eles prescrevem o espectro de rádio alocado em diferentes faixas de frequência por bandas não pareadas ou pareadas de diferentes larguras. A flexibilidade de uso é uma das vantagens mais importantes do espectro de rádio LTE, o que permite que ele seja usado em diferentes situações. A arquitetura da rede LTE permite não só trabalhar em diferentes bandas de frequência, mas também utilizar bandas de frequência com diferentes larguras: de 1,25 a 20 megahertz. Além disso, tal sistema pode operar em bandas de frequência não pareadas e pareadas, suportando duplex de tempo e frequência, respectivamente.
Se falamos de dispositivos terminais, então ao usar bandas de frequência pareadas, o dispositivo pode operar em modo full duplex ou half duplex. O segundo modo, no qual o terminal recebe e transmite dados em horários e frequências diferentes, é atraente, pois reduz significativamente os requisitos para as características do filtro duplex. Graças a isso, é possível reduzir o custo dos dispositivos terminais. Além disso, torna-se possível introduzir bandas de frequência emparelhadas com espaçamento duplex baixo. Acontece que as redesAs comunicações móveis LTE podem ser organizadas em praticamente qualquer distribuição do espectro de frequência.
O único desafio no desenvolvimento de uma tecnologia de acesso de rádio que permita o uso flexível do espectro de rádio é tornar os dispositivos de comunicação compatíveis. Para isso, a tecnologia LTE implementa uma estrutura de quadros idêntica no caso de usar bandas de frequência de diferentes larguras e diferentes modos duplex.
Transmissão de dados multi-antena
A utilização da transmissão multi-antenas em sistemas de comunicações móveis permite melhorar as suas características técnicas, bem como ampliar as suas capacidades em termos de serviço ao assinante. A cobertura da rede LTE envolve o uso de dois métodos de transmissão multi-antena: diversidade e multi-stream, como um caso especial é a formação de um feixe de rádio estreito. A diversidade pode ser pensada como uma forma de equalizar o nível do sinal que vem de duas antenas, o que permite eliminar quedas profundas no nível dos sinais recebidos de cada antena separadamente.
Vamos dar uma olhada na rede LTE: o que é e como ela usa todos esses modos? A diversidade de transmissão aqui é baseada no método de codificação de frequência espacial de blocos de dados, que é complementado pela diversidade de tempo com um deslocamento de frequência ao usar quatro antenas simultaneamente. A diversidade é normalmente usada em downlinks comuns onde a função de agendamento não pode ser aplicada dependendo do estado do link. Em queA diversidade de transmissão pode ser usada para enviar dados do usuário, como tráfego VoIP. Devido à intensidade relativamente baixa desse tráfego, a sobrecarga adicional associada à função de agendamento mencionada anteriormente não pode ser justificada. Com a diversidade de dados, é possível aumentar o raio das células e a capacidade da rede.
Transmissão multistream para transmissão simultânea de vários fluxos de informação em um canal de rádio envolve o uso de várias antenas de recepção e transmissão localizadas no dispositivo terminal e na estação de rede base, respectivamente. Isso aumenta significativamente a velocidade máxima de transmissão de dados. Por exemplo, se o dispositivo terminal estiver equipado com quatro antenas e esse número estiver disponível na estação base, é bem possível transmitir simultaneamente até quatro fluxos de dados em um canal de rádio, o que possibilita quadruplicar sua taxa de transferência.
Se você usa uma rede com uma pequena carga de trabalho ou células pequenas, graças ao multi-streaming, você pode obter uma taxa de transferência suficientemente alta para canais de rádio, além de usar recursos de rádio com eficiência. Se houver células grandes e um alto grau de carga, a qualidade do canal não permitirá a transmissão multistream. Nesse caso, a qualidade do sinal pode ser melhorada usando várias antenas de transmissão para formar um feixe estreito para transmitir dados em um fluxo.
Se considerarmosRede LTE - o que isso oferece para obter maior eficiência - vale a pena concluir que, para um trabalho de alta qualidade em várias condições de operação, essa tecnologia implementa a transmissão multi-stream adaptável, que permite ajustar constantemente o número de fluxos transmitidos simultaneamente, de acordo com as conexões de estado do canal em constante mudança. Com boas condições de link, até quatro fluxos de dados podem ser transmitidos simultaneamente, alcançando taxas de transmissão de até 300 megabits por segundo com largura de banda de 20 megahertz.
Se a condição do canal não for tão favorável, então a transmissão é feita por menos streams. Nesta situação, as antenas podem ser usadas para formar um feixe estreito, melhorando a qualidade geral da recepção, o que acaba levando a um aumento da capacidade do sistema e uma extensão da área de serviço. Para fornecer grandes áreas de cobertura de rádio ou transmissão de dados em alta velocidade, você pode transmitir um único fluxo de dados com um feixe estreito ou usar a diversidade de dados em canais comuns.
Mecanismo para adaptação e despacho do canal de comunicação
O princípio de funcionamento das redes LTE pressupõe que o escalonamento significará a distribuição dos recursos da rede entre os usuários para transmissão de dados. Isso fornece agendamento dinâmico nos canais downstream e upstream. As redes LTE na Rússia estão atualmente configuradas de forma a equilibrar os canais de comunicação edesempenho geral do sistema.
A interface de rádio LTE assume a implementação da função de agendamento dependendo do estado do canal de comunicação. Ele fornece transmissão de dados em altas velocidades, o que é alcançado através do uso de modulação de alta ordem, transmissão de fluxos de informações adicionais, diminuição do grau de codificação de canal e diminuição do número de retransmissões. Para isso, são utilizados recursos de frequência e tempo, que se caracterizam por condições de comunicação relativamente boas. Acontece que a transferência de uma determinada quantidade de dados é feita em um período de tempo menor.
As redes LTE na Rússia, como em outros países, são construídas de tal forma que o tráfego de serviços que estão ocupados encaminhando pacotes com uma pequena carga após os mesmos intervalos de tempo pode exigir um aumento na quantidade de tráfego de sinalização que é necessário para agendamento dinâmico. Pode até ultrapassar a quantidade de informação transmitida pelo usuário. É por isso que existe o escalonamento estático da rede LTE. O que é isso, ficará claro se dissermos que o usuário recebe um recurso de RF projetado para transmitir um certo número de subquadros.
Graças aos mecanismos de adaptação, é possível "espremer tudo o que for possível" de um canal com qualidade de link dinâmico. Permite selecionar um esquema de codificação e modulação de canal de acordo com as condições de comunicação caracterizadas pelas redes LTE. O que é isso ficará claro se dissermos que sua obra afetana velocidade de transmissão de dados, bem como na probabilidade de quaisquer erros no canal.
Potência e regulação do uplink
Este aspecto trata do controle do nível de potência emitida pelos terminais para aumentar a capacidade da rede, melhorar a qualidade da comunicação, aumentar a área de cobertura do rádio, reduzir o consumo de energia. Para atingir esses objetivos, os mecanismos de controle de energia se esforçam para maximizar o nível de um sinal de entrada útil enquanto reduzem a interferência de rádio.
As redes LTE da Beeline e de outras operadoras assumem que os sinais de uplink permanecem ortogonais, ou seja, não deve haver interferência mútua de rádio entre usuários de uma mesma célula, pelo menos para condições ideais de comunicação. O nível de interferência que é criado pelos usuários de células vizinhas depende de onde está localizado o terminal emissor, ou seja, de como seu sinal se atenua no caminho para a célula. A rede Megafon LTE é organizada exatamente da mesma maneira. Seria correto dizer o seguinte: quanto mais próximo o terminal estiver de uma célula vizinha, maior será o nível de interferência que ele cria nela. Os terminais mais distantes de uma célula vizinha são capazes de transmitir sinais mais fortes do que os terminais próximos a ela.
Devido à ortogonalidade dos sinais, o uplink pode multiplexar sinais de terminais de diferentes intensidades em um canal na mesma célula. Isso significa que não há necessidade de compensar picos de nível de sinal,que surgem devido à propagação multipercurso das ondas de rádio, e você pode utilizá-los para aumentar a velocidade de transmissão de dados utilizando os mecanismos de adaptação e escalonamento de canais de comunicação.
Relés de dados
Quase qualquer sistema de comunicação, e as redes LTE na Ucrânia não são exceção, de vez em quando comete erros no processo de transferência de dados, por exemplo, devido ao desvanecimento do sinal, interferência ou ruído. A proteção contra erros é fornecida por métodos de retransmissão de informações perdidas ou corrompidas, projetadas para garantir comunicações de alta qualidade. O recurso de rádio é usado de forma muito mais racional se o protocolo de retransmissão de dados for organizado de forma eficiente. Para aproveitar ao máximo a interface aérea de alta velocidade, a tecnologia LTE possui um sistema de retransmissão de dados de duas camadas dinamicamente eficiente que implementa o ARQ híbrido. Ele apresenta a baixa sobrecarga necessária para fornecer feedback e reenviar dados, completo com um protocolo de repetição seletiva de alta confiabilidade.
O protocolo HARQ fornece ao dispositivo receptor informações redundantes, permitindo que ele corrija quaisquer erros específicos. A retransmissão via protocolo HARQ leva à formação de redundância de informações adicionais, que podem ser necessárias quando a retransmissão não foi suficiente para eliminar erros. A retransmissão de pacotes que não foram corrigidos pelo protocolo HARQ é realizada comusando o protocolo ARQ. As redes LTE no iPhone funcionam de acordo com os princípios acima.
Esta solução permite garantir o mínimo atraso de tradução de pacotes com baixo overhead, enquanto a confiabilidade da comunicação é garantida. O protocolo HARQ permite detectar e corrigir a maioria dos erros, o que leva a um uso bastante raro do protocolo ARQ, pois isso está associado a uma sobrecarga considerável, bem como a um aumento no tempo de atraso durante a tradução de pacotes.
A estação base é um nó final que suporta ambos os protocolos, fornecendo um link estreito entre as camadas dos dois protocolos. Entre as várias vantagens de tal arquitetura estão a alta velocidade de eliminação de erros que permaneceram após a operação do HARQ, bem como a quantidade ajustável de informações transmitidas usando o protocolo ARQ.
A interface de rádio LTE possui alto desempenho devido aos seus principais componentes. A flexibilidade de utilização do espectro de rádio possibilita a utilização desta interface de rádio com qualquer recurso de frequência disponível. A tecnologia LTE fornece vários recursos que permitem o uso eficiente de condições de comunicação em rápida mudança. Dependendo do estado do link, a função de agendamento emite os melhores recursos para os usuários. O uso de tecnologias multi-antenas leva a uma redução no desvanecimento do sinal e, com a ajuda de mecanismos de adaptação de canal, é possível usar métodos de codificação e modulação de sinal que garantem uma ótima qualidade de comunicação em condições específicas.
