LTE

Long Term Evolution сокращенная как LTE, является проектом 3GPP (партнерская ассоциация групп телекоммуникационных компаний), работающего в сотрудничестве с Европейским институтом стандартов телекоммуникаций. LTE был представлен после результатов сетевых технологий GSM / EDGE и UMTS / HSPA и считается последним стандартом в секторе мобильной сети. Он продается как 4G, но поскольку он не выполняет требования IMT 4G (4-го поколения), он считается технологией 3.9G. LTE не обратно совместим с системами 3G, но LTE advanced (расширенный) совместим с LTE и, следовательно, использует одни и те же полосы частот.

Благодаря своей архитектуре, основанной на интернет-протоколе (IP), в отличие от многих других протоколов сотового Интернета, LTE - это высокоскоростное соединение, поддерживающее просмотр веб-сайтов, VoIP и других IP-сервисов.

Эволюция беспроводных телефонных технологий

Эволюция беспроводных телефонных технологий может быть дискретно сгруппирована в различные поколения в зависимости от уровня зрелости базовой технологии.

Первое поколение или 1G было представлено аналоговой системой беспроводного доступа, в первую очередь для голосового трафика. В этом поколении представлено AMPS (Advance Mobile Phone System) в Соединенных Штатах и TACS (Total Access Communication System) в большинстве регионов Европы. Аналоговый канал восприимчив к статическому шуму и не обеспечивал никакой защиты от подслушивания на общем носителе. Тем не менее AMPS заложила основу для «сотовой» технологии, которая впервые использовала небольшие гексагональные зоны обслуживания и, следовательно, поддерживала повторное использование частоты через «ячейки» без помех.

Технология 1G вскоре была заменена технологиями второго поколения или 2G, которые представляли замену аналоговой радиосети цифровой радиосетью. Цифровая технология была намного выше, чем ее аналог в том смысле, что оцифрованные данные могут быть подвергнуты передовым технологиям, что делает его менее восприимчивым к шуму. Кроме того, цифровая технология основана на повторном воспроизведении бинарных сигналов по сравнению с непрерывными аналоговыми сигналами, что упрощает калибровку и обслуживание и, следовательно, дешевле аналоговых устройств. 2G технологии могут быть дополнительно классифицированы на основе множественного доступа с временным разделением (TDMA) и множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA).

Технология, основанная на TDMA, была принята в основном в Европе и была названа глобальной системой мобильной связи или GSM (первоначально Groupe Special Mobile), в то время как США приняли технологию на основе CDMA, и она была названа CDMAone или стандартизована как IS-95a. Преимущество CDMA заключалось в поддержке большего числа пользователей, чем GSM, благодаря лучшему использованию спектра.

CDMA - это технология с расширенным спектром, в которой каждому пользователю разрешено передавать по всему спектру с использованием другого ортогонального кода. Другими словами, все коды ортогональны друг другу и, следовательно, не мешают. Соседние ячейки могут повторно использовать одну и ту же полосу частот и не вмешиваться, пока они используют другой код, что позволяет лучше использовать доступный спектр. Скорость передачи цифровых данных, поддерживаемая CDMAone, варьируется от 4,8 до 14,4 кбит / с, в то время как скорость передачи данных в формате CDMA или IS-95b составляет около 115,2 кбит / с.

Технология 2G привела к промежуточной генерации 2.5G, что представляла системы 2G, которые реализовали домен с коммутацией пакетов в дополнение к домену с коммутацией каналов. Общая служба пакетной радиосвязи (GPRS) была технологией 2.5G, принятой GSM. GPRS обеспечивает услугу коммутации пакетов с коммутацией каналов, предлагающую скорость передачи данных между 56-114 Кбит / с. Повышенные скорости передачи данных для GSM Evolution (EDGE) через GSM и CDMA2000 1xRTT по сравнению с CDMA были рекламированы как технологии 2,75G, хотя их вполне можно назвать технологиями 3G. EDGE обеспечивает скорость передачи данных 236,8 кбит / с, в то время как развертывание CDMA2000 ограничивает скорость передачи данных к 144 Кбит / с.

Этот промежуточный период привел к эволюции третьего поколения мобильных технологий, более известного как 3G. Международный союз электросвязи (МСЭ) в рамках Международной программы мобильной связи установил минимальную скорость передачи данных 144 кбит / с для любой технологии, которая может стать технологией 3G. Однако большинство технологий, которые подпадают под эту категорию, намного превосходят этот минимальный предел и обеспечивают скорость передачи данных, как правило, между 5-10 Мбит / с. Технологии 3G достигают лучшей спектральной эффективности (больше бит / Гц) по широкополосным сотовым сетям, что позволяет повысить скорость передачи данных и расширенные услуги. Первая пре-коммерческая и коммерческая технология 3G была установлена ​​в Японии, а затем Южная Корея.

В Европе универсальная система мобильной связи (UMTS) - это принятая технология 3G, использующая W-CDMA (широкополосный кодовый раздел Multi Access Access) в качестве воздушного интерфейса. UMTS иногда называют 3GSM, чтобы подчеркнуть тот факт, что это технология третьего поколения с последующим GSM. Эволюция технологий, основанных на CDMA, для 3G была связана с семейством протоколов CDMA2000, особенно EV-DO (Evolution-Data Optimized), который использует методы мультиплексирования, включая CDMA и TDMA, для увеличения на каждого пользователя, а также пропускную способность системы.

3G-технологии на основе UMTS поднялись до 3,5 ГБ с использованием HSDPA (высокоскоростной пакетный доступ по нисходящей линии связи), обеспечивая скорость передачи данных до 7,2 Мбит / с. Кроме того, эти сети планируют свой прогресс в 4G через 3GPP (проекты партнерства третьего поколения), где они стремятся достичь скорости передачи данных в размере 100 Мбит / с нисходящей линии связи и 50 Мбит / с Uplink. Аналогичным образом, североамериканский коллега планирует свое 4-е поколение через 3GPP2 (проект партнерства 3-го поколения) и нацелен на сопоставимые скорости передачи данных.

LTE или Long Term Evolution - это бренд, названный усилиями разработчиков 3GPP 4-го поколения в основном в Европе, а UMB (Ultra-Mobile Broadband) - для аналогичных усилий 3GPP2 в Северной Америке.

Потребность в технологии LTE

Аппетит к продвинутым и ускоряющим службам мобильной или интернет-связи никогда не заканчивается, и для удовлетворения потребностей пользователей с широким спектром возможностей и преимуществ гораздо больше, чем у существующих, поставщики широкополосного доступа должны выявлять технологии LTE в своих сетях. Из-за этого провайдеры должны сменить или сказать полностью модернизировать свою сетевую инфраструктуру, чтобы классифицировать эту технологию как 4G. Поэтому мы можем сказать, что причиной развития этой технологии является накопление бесконечного аппетита пользователей мобильных технологий.

Особенности:

• Он достигает максимальной входной скорости 326,4 Мбит / с и исходной 86,4 Мбит / с. Однако фактическая пропускная способность сети, доступная отдельному абоненту LTE, который разделяет сеть поставщика услуг с другими клиентами, значительно меньше. Он использует 4 × 4 антенны в случае входного сигнала, но одну антенну для скорости исходного.

• Пиковые скорости передачи данных поддерживаются пятью различными терминальными классами, которые определяются от голосового централизованного класса до терминала высокого уровня, и они позволят терминалам обрабатывать полосу пропускания 20 МГц.

• По низкой цене он предоставляет гораздо лучшие услуги.

• Он гибкий в использовании существующей полосы частот так же как и новой.

• Он также позволяет использовать только потребляемую мощность терминала.

Технологии, представленные LTE

Если мы посмотрим на более ранние сотовые системы, мы увидим, что LTE внедряют гораздо более эффективные новые технологии. Он отлично работает в отношении использования континуума и в соответствии с сегодняшней потребностью обеспечивает гораздо более высокую скорость передачи данных. Они следуют:

• OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex)

• MIMO (Multiple Input Multiple Output)

• SAE (System Architecture Evolution)

Одним из ключевых элементов LTE является использование OFDM, мультиплексирования с ортогональным частотным разделением в качестве канала передачи сигналов и связанных схем доступа, OFDMA (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) и SC-FDMA (множественный доступ с одним частотным разделением каналов).

OFDM используется в ряде других систем из WLAN, WiMAX для широковещательных технологий, включая DVB и DAB. OFDM имеет много преимуществ, в том числе его устойчивость к многолучевому замиранию и помехам. В дополнение к этому, хотя это может показаться особенно сложной формой модуляции, оно поддается цифровой обработке сигналов.

Ввиду своих преимуществ использование ODFM и связанных с ним технологий доступа, OFDMA и SC-FDMA являются естественным выбором для нового стандарта сотовой связи LTE.

Модуляция LTE и основы OFDM

Хотя в LTE используются основные понятия OFDM, он, естественно, был адаптирован для удовлетворения точных требований к LTE. Однако использование нескольких несущих, каждый из которых имеет низкую скорость передачи данных, остается неизменным.

Примечание по OFDM:

Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM) - это форма передачи, в которой используется большое количество близко расположенных несущих, которые модулируются данными с низкой скоростью. Обычно эти сигналы будут мешать друг другу, но, делая сигналы ортогональными друг другу, взаимных помех нет. Передаваемые данные разбиваются на все несущие, чтобы обеспечить устойчивость к избирательному замиранию от эффектов многолучевого распространения.

Фактическая реализация технологии будет отличаться от нисходящей линии связи (то есть от базовой станции до мобильной станции) и восходящей линии связи (то есть мобильной до базовой станции) в результате различных требований между двумя направлениями и оборудованием с обоих концов. Однако OFDM был выбран в качестве формата сигнала, поскольку он очень устойчив к помехам. Также в последние годы был накоплен значительный опыт в использовании его различных форм вещания, которые используют его вместе с Wi-Fi и WiMAX. OFDM также является форматом модуляции, который очень подходит для переноса высоких скоростей передачи данных - одного из ключевых требований для LTE.

В дополнение к этому, OFDM может использоваться как в форматах FDD, так и TDD. Это становится дополнительным преимуществом.

Полосы и характеристики канала LTE

Одним из ключевых параметров, связанных с использованием OFDM в LTE, является выбор полосы пропускания. Доступная полоса пропускания влияет на множество решений, включая количество несущих, которые могут быть размещены в сигнале OFDM, и в свою очередь это влияет на элементы, включая длину символа и так далее.

LTE определяет количество полос пропускания канала. Очевидно, чем больше полоса пропускания, тем больше пропускная способность канала.

Полосами пропускной способности канала, которые были выбраны для LTE, являются:   

• 1,4 МГц

• 3 МГц

• 5 МГц

• 10 МГц

• 15 МГц

• 20 МГц

В дополнение к этому интервал между несущими составляет 15 кГц, то есть несущие LTE разнесены на 15 кГц друг от друга.

Каждая несущая способна переносить данные с максимальной скоростью 15 кбит / с . Это дает полосу пропускания 20 МГц с частотой символов 18 Мбит / с. В свою очередь, это позволяет обеспечить скорость передачи данных 108 Мбит / с, поскольку каждый символ с использованием 64QAM способен представлять шесть бит.

Может показаться, что эти тарифы не совпадают с данными заголовка, указанными в спецификациях LTE. Причина этого заключается в том, что фактические пиковые скорости передачи данных производятся путем первого вычитания служебных данных кодирования и управления. Тогда есть выгоды от таких элементов, как пространственное мультиплексирование и т. Д.

LTE OFDM циклический префикс, CP

Одной из основных причин использования OFDM в качестве формата модуляции в LTE (и многих других беспроводных системах) является его устойчивость к задержкам и распространению многолучевости. Однако по-прежнему необходимо внедрять методы повышения устойчивости к системе. Это помогает преодолеть межсимвольные помехи (ISI), которые являются результатом этого.

В областях, где ожидается межсимвольная интерференция, этого можно избежать, вставив период защиты в синхронизацию в начале каждого символа данных. Затем можно скопировать раздел с конца символа на начало. Это называется циклическим префиксом CP. Затем приемник может пробовать форму волны в оптимальное время и избегать любых межсимвольных помех, вызванных отражениями, которые задерживаются на время до длины циклического префикса CP.

Важна длина циклического префикса, CP. Если он недостаточно длинный, он не будет противодействовать распространению задержки многолучевого распространения. Если он слишком длинный, это уменьшит пропускную способность данных. Для LTE стандартная длина циклического префикса была выбрана равной 4,69 мкс. Это позволяет системе учитывать вариации пути до 1,4 км. Если длина символа в LTE установлена равной 66,7 мкс.

Преимущества и недостатки

Говоря о своих преимуществах, он производит большой объем продукции, имеет низкую ожидаемость, plug and play, FDD и TDD, находится на одной платформе, по сравнению с другими, имеет гораздо лучшие возможности для конечных пользователей и, наконец, имеет простой структурный дизайн. LTE также поддерживает плавное переключение на сотовые вышки с использованием предыдущих сетевых технологий, таких как GSM, UMTS и CDMA2000. Когда возникают затраты на создание новой сетевой инфраструктуры, их модернизацию и установку нового оборудования, возникают недостатки. Для этой цели LTE задействует технологию MIMO, которая для передачи данных повышает необходимость использования дополнительных антенн. Чтобы испытать новую сетевую инфраструктуру, пользователи сети должны покупать новые сотовые телефоны.

Устройства, поддерживающие LTE

Первые устройства, поддерживающие технологию LTE, появились в 2010 году. Современные высококлассные смартфоны и многие планшеты оснащены правильными интерфейсами для LTE-соединений. Старые мобильные телефоны обычно не предлагают услуги LTE.

Будущее технологии LTE

Все пользователи сети, будь то для личного или делового использования, будут испытывать усовершенствование этой технологии в отношении ее скорости, емкости, охвата и надежности, что сделает мобильный широкополосный путь слишком осуществимым. Пользователи, находящиеся в любом месте, смогут получить доступ к более быстрой скорости соединения и более широкому охвату интернета. Существующие пользователи, безусловно, захотят перейти на более качественный сервис, и новые пользователи также получат от этого преимущества. Единственное, что WiMAX сейчас считается конкурентом технологии LTE, хотя они обеспечивают одинаковые преимущества относительно скорости и охвата, но это совершенно разные технологии. Технология LTE, даже будучи успешной в своих различных испытаниях, не может гарантировать, что она будет технологией, используемой пользователями следующего поколения.