Радиотехнология LTE (Long-Term Evolution) – ЧАСТЬ 1

8.4.3.1. Общая характеристика проекта LTE. Работы по проекту LTE были инициированы семинаром по эволюции RAN, проведенным в ноябре 2004 г. (Торонто). Цель начального этапа исследований состояла в выборе технологии физического уровня, обеспечивающей необходимые скорости передачи данных. К маю 2006 г. Партнерским проектом 3GPP была разработана спецификация на радиоинтерфейс Evolved UMTS Terrestrial Radio Access (E-UTRA), и уже к кон­цу 2008 г. утверждены стандарты Release 8, определившие базовые архитектур­ные и функциональные требования к системам LTE.

Степень заинтересованности производителей оборудования в LTE намного опережает аналогичный показатель в отношении другого долгосрочного про­екта развития систем 3G на базе систем семейства cdma2000 – Ultra-Mobile Broadband (UMB), предложенного Партнерским проектом 3GPP2.

на уровне доступа к среде передачи данных. Таким образом, технологический прорыв на пути к 4G следует ожидать именно в области технологий физическо­го (PHY) и МАС-уровней (рис. 8.16) [31-34].

С целью поддержки всевозможных IP-приложений и обеспечения непрерыв­ности услуги LTE при перемещении пользователя между различными беспровод­ными сетями (включая и те, что не соответствуют стандартам 3GPP) пазрабаты вается сетевая инфраструктура SAE/ESP (System Architecture Evolution/ Evolution Packet System Architecture) [35, 36]. Необходимо отметить, что переход к LTE от сетей на основе технологий UMTS и HSPA+ по сути подразумевает не модерниза­цию, а фактическую замену существующей инфраструктуры UMTS.

Радиоинтерфейс LTE основан на известной радиотехнологии OFDMA (см главу 2, 5) для линии «вниз» и на новом методе частотного разделения с одной несущей (Single-Carrier Frequency-Division Multiple Access – SC-FDMA) для ли­нии «вверх». В LTE предусмотрено применение сверточного кода либо турбо- кода со скоростью 1/3. Кроме этого, к ключевым особенностям, характеризую­щих этот радиоинтерфейс, следует отнести [37]:

1)           гибкость использования радиоспектра благодаря поддержке как частотного, (FDD) так и временного (TDD) видов дуплекса и масшабируемости рабо­чей полосы частот. Первая особенность позволяет системе работать как в парных, так и непарных полосах частот, поддерживая частотный (FDD) и временной (TDD) виды дуплекса. Это открывает путь к освоению рынка как старым операторам, имеющим парные полосы частот, так и новым игрокам. Вторая особенность дает и тем и другим возможность использовать частот­ные полосы различной ширины: от 1.25 до 20 МГц;

2)           эффективный механизм диспетчеризации (планировщик) и схема адапта­ции к характеристикам канала (АМС). В технологии LTE предусмотрена динамическая диспетчеризация (распределение ресурсов между пользова­телями) в восходящем и нисходящем каналах (в зависимости от состояния канала) с целью оптимизации общей производительности системы. Для услуг с регулярной пересылкой пакетов через равные промежутки време­ни предусмотрена статическая диспетчеризацпя (т.к. в этом случае объем трафика сигнализации, необходимый для динамической диспетчеризации, неоправданно велик по сравнению с полезным трафиком);

3)           применение антенных технологий (MIMO) и схем пространственно- частотного кодирования с одновременным использованием 4-х антенн на базовой станции и от 2-х до 4-х – в оборудовании пользователя. Это позво­ляет, передавая четыре практически независимых потока данных в одной и той же частотной полосе шириной 20 МГц, обеспечить скорость передачи данных до 300 Мбит/с.

Типовые значения агрегатных скоростей передачи данных, достигну: тые в полосе 20 МГц, несколько меньше: 100 Мбит/с для линии «вниз» и 50 Мбит/с для линии «вверх». Предполагается, что радиоинтерфеис LTE позво­лит поддерживать непрерывные соединения с пользователями, перемещаю­щимися со скоростью до 350 км/ч [38]

8.4.3.2. Особенности радиоинтерфейса LTE. Как ^ отмечалось выше, падиоинтепфейс E-UTRA, стандартизируемый о рамках 3GPP Release 8 счита­ется развитием радиотехнологии 3G (UMTS Terrestrial Radio Access – UTRA) [39]. Тем не менее, технический профиль LTE имеет не ™ со своим «предшественником». Рассмотрим особенности E-UTR А подроонее.

Принцип сигналообразования в LTE основан на OFDM, способ примене­ния шторой в нисходящем и восходящем каналах существенно отличается. По линии «вниз» OFDM обычным образом используется для информационной мо­дуляции и мультиплексирования пользовательских каналов (схема множествен­ного доступа технологии OFDMA).

Линия «вверх» отличается намного меньшим энергетическим бюджетом – для маломощных абонентских терминалов энергетическая эффективность схе­мы модуляции является одним из приоритетов. Известным недостатком OFDM, где радиосигнал образуется суперпозицией множества независимо модулируе­мых несущих, является высокое отношение пиковой мощности сигнала к его средней мощности, называемое пик-фактором. В связи с этим для линии «вверх» LTE предложена технология SC-FDMA [40]. В отличие от схемы OFDMA, в которой на каждой поднесущей одновременно передается целый мо­дуляционный символ, все поднесущие SC-FDMA модулируются одним и тем же символом (рис. 8.17). Иначе говоря, в OFDMA символы данных передаются па­раллельно, а в SC-FDMA – последовательно. Это заметно снижает пик-фактор формируемых на передачу сигналов, а также смягчает требования к динамиче­скому диапазону и степени линейности выходной характеристики усилителя мощности.

Рис. 8.17. Особенности передачи последовательности QPSK-символов в системах с радиоинтерфейсами OFDMA и SC-FDMA [7]

Символ SC-FDMA занимает всю доступную полосу частот. При этом он со­держит N модуляционных символов (столько, сколько поднесущих), но – в N раз более коротких по времени, нежели символ OFDMA. По структуре спектра сигнала схема SC-FDMA по сути эквивалентна схеме CDMA с мультинесущей – MultiCarrier CDMA (MC-CDMA) [41].

Шаг между поднесущими LTE/OFDMA равен Л/И 5 кГц (соответственно, длительность OFDM-символа – 66,7 мкс). Поднесущие модулируются с помо­щью QPSK, 16-QAM или 64-QAM, так что передаваемые на них символы содер­жат по 2, 4 или 6 бит. При стандартном циклическом префиксе длительностью 4.7 мкс (который позволяет противостоять многолучевости при радиусе соты до 1.5 км) символьная скорость равняется 14 ксимв/с, что в режиме FDD соответ­ствует скорости передачи информации от 28 до 84 кбит/с на поднесущую.

Функционирование систем LTE привязано к элементарному кванту времени

соответствующего тактовой частоте 30.72=8×3.84МГц. Системная частота LTE, таким образом, кратна стандартной тактовой частоте WCDMAUMTS с шириной полосы 5 МГц. Основные параметры радиоинтерфейса LTE для линии «вниз» приведены в табл. 8.7.

Таблица 8.7

Параметры сигнала в радиоинтерфейсе LTE, линия «вниз»

Ширина

Тактовая частота

Размер окна

Количество

полосы

(частота дискретизации)

БПФ

поднесущих

1.25 МГц

1.92 МГц = 1/2×3.84 МГц

128

76

2.5 МГц

3.84 МГц

256

151

5 МГц

7.68 МГц = 2 х 3.84 МГц

512

301

10 МГц

15.36 МГц = 4×3.84 МГц

1024

601

15 МГц

23.04 МГц = 6×3.84 МГц

1536

901

20 МГц

30.72 МГц = 8 х 3.84 МГц

2048

1201

Информационный обмен в сети LTE организуется по принципу циклически повторяющихся фреймов длительностью 10 мс. Фрейм содержит 20 временных слотов (0.5 мс), по 15360 квантов времени каждый [37]. Пользователю в пределах слота назначен свой канальный ресурс – ресурсная сетка в частотно-временной области. Ячейка сетки (ресурсный элемент) соответствует одной поднесущей по частоте и одному OFDM-символу во времени. Минимальной ресурсной едини­цей является ресурсный блок. Это группа ресурсных элементов, передаваемых на 12 поднесущих (полоса 180 кГц) в 6-7 OFDM-символах (зависит от длитель­ности префикса: длинный/стандартный). Таким образом, общая длительность слота составляет 0.5 мс. Распределение ресурсов в пределах слота осуществля­ет БС, используя для этого специальный управляющий канал. Общее число ре­сурсных блоков в ресурсной сетке зависит от ширины канала и составляет от 6 до 110 (в полосе 20 МГц).

Современная версия LTE фактически обладает функциональностью систем 4G и по этой причине ее иногда еще называют «технологией 3,9G». Дальнейшее развитие LTE будет проводиться в рамках работ над Release 10 (LTE Advanced), начатых 3GPP в середине 2008 г. после согласования технических требований проектов LTE и IMT-Advanced [42]. На сегодняшний день эти согласованные требования, по существу, описывают технический профиль систем мобильной связи четвертого поколения. Согласно имеющимся прогнозам, появление пер­вых сетей на базе технологии LTE в Европе ожидается к 2011-2012 гг.


1 Случайный выбор больших простых чисел р и q основан на теореме Чебышева, гласящей, что доля положительных целых чисел, меньших некоторого целого m и являющихся простыми, близ­ка к (In т)-1. Так, доля целых чисел, меньших 10100 и являющихся простыми, близка к 1/230. Поскольку 90% из них расположены между 1099 и 10100, доля простых чисел в этом диапазоне также составляет примерно 1/230. Поэтому случайное число, выбранное в пределах от 1099 до 10100, окажется простым с вероятностью около 1/230. Эту вероятность можно удвоить, выбирая только нечетные числа; в среднем для нахождения простого числа требуется порядка 115 проб.

Простое числа можно отличить от составного, основываясь на теореме Ферма (1601-1665 гг.), которая утверждает, что для любого положительного целого R, не превосходящего некоторого простого числа Р, Rp1=1(mod Р). Например, 24=1(mod 5). Если надо определить, является ли Р простым, то выбирают любое положительное целое R<P и проверяют данное равенство на выполнение. Если равенство не выполняется, можно быть совершенно уверенным, что Р-не простое. Если выполняется, можно лишь предполагать, что Р – простое. Такое число называют "псевдопростым" по основанию R.

Оказывается, составные числа являются псевдопростыми лишь для менее чем половины воз­можных R. Таким образом, если L различных оснований R выбраны случайно и независимо, то составное число Р выдержит тесты Ферма по всем этим основаниям с вероятностью не более 2 В числе, выдержавшем L=100 тестов, можно быть практически уверенным. Так отыскивают пары простых случайных чисел, необходимых для генерации ключа.

 

 

Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через RSS 2.0 ленту. Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего собственного сайта.

Оставьте отзыв

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

 
Rambler's Top100