LTE

Long Term Evolution скорочена як LTE, є проектом 3GPP (партнерська асоціація груп телекомунікаційних компаній), який працює у співпраці з Європейським інститутом стандартів телекомунікацій. LTE був представлений після результатів мережевих технологій GSM/EDGE та UMTS/HSPA і вважається останнім стандартом у секторі мобільної мережі. Він продається як 4G, але оскільки він не виконує вимог IMT 4G (4-го покоління), він вважається технологією 3.9G. LTE не обернено сумісний з системами 3G, але LTE advanced (розширений) сумісний з LTE і, отже, використовує одні й ті ж смуги частот.

Завдяки своїй архітектурі, заснованій на інтернет-протоколі (IP), на відміну від інших протоколів стільникового Інтернету, LTE - це високошвидкісне з'єднання, підтримує перегляд веб-сайтів, VoIP та інших IP-сервісів.

Еволюція бездротових телефонних технологій

Еволюція бездротових телефонних технологій може бути дискретно згрупована на різні покоління залежно від рівня зрілості базової технології.

Перше покоління або 1G було представлено аналоговою системою бездротового доступу, насамперед голосового трафіку. У цьому поколінні представлено AMPS (Advance Mobile Phone System) у Сполучених Штатах та TACS (Total Access Communication System) у більшості регіонів Європи. Аналоговий канал сприйнятливий до статичного шуму і забезпечував ніякого захисту від підслуховування загальному носії. Тим не менш, AMPS заклала основу для «стільникової» технології, яка вперше використовувала невеликі гексагональні зони обслуговування і, отже, підтримувала повторне використання частоти через «комірки» без перешкод.

Технологія 1G незабаром була замінена технологіями другого покоління або 2G, які представляли заміну аналогової радіомережі цифровою радіомережею. Цифрова технологія була набагато вищою, ніж її аналог у тому сенсі, що оцифровані дані можуть бути піддані передовим технологіям, що робить його менш сприйнятливим до шуму. Крім того, цифрова технологія заснована на повторному відтворенні бінарних сигналів порівняно з безперервними аналоговими сигналами, що спрощує калібрування та обслуговування і, отже, дешевше за аналогові пристрої. 2G технології можуть бути додатково класифіковані на основі множинного доступу з тимчасовим поділом (TDMA) та множинного доступу з кодовим поділом каналів (CDMA).

Технологія, заснована на TDMA, була прийнята в основному в Європі і була названа глобальною системою мобільного зв'язку або GSM (спочатку Groupe Special Mobile), в той час як США прийняли технологію на основі CDMA, і вона була названа CDMAone або стандартизована як IS-95a . Перевага CDMA полягала у підтримці більшої кількості користувачів, ніж GSM, завдяки кращому використанню спектра.

CDMA - це технологія з розширеним спектром, в якій кожному користувачеві можна передавати по всьому спектру з використанням іншого ортогонального коду. Іншими словами, всі коди ортогональні один одному і, отже, не заважають. Сусідні комірки можуть повторно використовувати ту саму смугу частот і не втручатися, поки вони використовують інший код, що дозволяє краще використовувати доступний спектр. Швидкість передачі цифрових даних, підтримувана CDMAone, варіюється від 4,8 до 14,4 кбіт/с, тоді як швидкість передачі у форматі CDMA чи IS-95b становить близько 115,2 кбіт/с.

Технологія 2G призвела до проміжної генерації 2.5G, що представляла системи 2G, які реалізували домен з комутацією пакетів на додаток до домену з комутацією каналів. Загальна служба пакетного радіозв'язку (GPRS) була технологією 2.5G, прийнятою GSM. GPRS забезпечує послугу комутації пакетів із комутацією каналів, що пропонує швидкість передачі даних між 56-114 Кбіт/с. Підвищені швидкості передачі даних для GSM Evolution (EDGE) через GSM і CDMA2000 1xRTT у порівнянні з CDMA були рекламовані як технології 2,75G, хоча їх можна назвати технологіями 3G. EDGE забезпечує швидкість передачі даних 236,8 кбіт/с, тоді як розгортання CDMA2000 обмежує швидкість передачі даних до 144 Кбіт/с.

Цей проміжний період спричинив еволюцію третього покоління мобільних технологій, більш відомого як 3G. Міжнародна спілка електрозв'язку (МСЕ) в рамках Міжнародної програми мобільного зв'язку встановила мінімальну швидкість передачі даних 144 кбіт/с для будь-якої технології, яка може стати технологією 3G. Однак більшість технологій, які підпадають під цю категорію, набагато перевершують цю мінімальну межу та забезпечують швидкість передачі даних, як правило, між 5-10 Мбіт/с. Технології 3G досягають кращої спектральної ефективності (більше біт/Гц) по широкосмугових стільникових мережах, що дозволяє підвищити швидкість передачі даних та розширені послуги. Перша пре-комерційна та комерційна технологія 3G була встановлена ​​в Японії, а потім Південна Корея.

У Європі універсальна система мобільного зв'язку (UMTS) - це прийнята технологія 3G, що використовує W-CDMA (широкосмуговий кодовий розділ Multi Access Access) як повітряний інтерфейс. UMTS іноді називають 3GSM, щоб підкреслити те, що це технологія третього покоління з наступним GSM. Еволюція технологій, заснованих на CDMA, для 3G була пов'язана з сімейством протоколів CDMA2000, особливо EV-DO (Evolution-Data Optimized), який використовує методи мультиплексування, включаючи CDMA та TDMA, для збільшення кожного користувача, а також пропускну здатність системи.

3G-технології на основі UMTS піднялися до 3,5 ГБ з використанням HSDPA (високошвидкісний пакетний доступ по низхідній лінії зв'язку), забезпечуючи швидкість передачі даних до 7,2 Мбіт/с. Крім того, ці мережі планують свій прогрес у 4G через 3GPP (проекти партнерства третього покоління), де вони прагнуть досягти швидкості передачі даних у розмірі 100 Мбіт/с низхідній лінії зв'язку та 50 Мбіт/с Uplink. Аналогічним чином, північноамериканський колега планує своє 4-е покоління через 3GPP2 (проект партнерства 3-го покоління) і націлений на порівнянні швидкості передачі даних.

LTE або Long Term Evolution – це бренд, названий зусиллями розробників 3GPP 4-го покоління в основному в Європі, а UMB (Ultra-Mobile Broadband) – для аналогічних зусиль 3GPP2 у Північній Америці.

Потреба технології LTE

Апетит до просунутих та прискорювальних служб мобільного або інтернет-зв'язку ніколи не закінчується, і для задоволення потреб користувачів з широким спектром можливостей та переваг набагато більше, ніж у існуючих, постачальники широкосмугового доступу повинні виявляти технології LTE у своїх мережах. Тому провайдери повинні змінити або сказати повністю модернізувати свою мережеву інфраструктуру, щоб класифікувати цю технологію як 4G. Тому ми можемо сказати, що причиною розвитку цієї технології є накопичення безкінечного апетиту користувачів мобільних технологій.

особливості:

• Він досягає максимальної вхідної швидкості 326,4 Мбіт/с та вихідної 86,4 Мбіт/с. Однак фактична пропускна спроможність мережі, доступна окремому абоненту LTE, який поділяє мережу постачальника послуг з іншими клієнтами, значно менша. Він використовує 4×4 антени у разі вхідного сигналу, але одну антену для швидкості вихідного.

• Пікові швидкості передачі підтримуються п'ятьма різними термінальними класами, які визначаються від голосового централізованого класу до терміналу високого рівня, і вони дозволять терміналам обробляти смугу пропускання 20 МГц.

• За низькою ціною він надає кращі послуги.

• Він гнучкий у використанні існуючої смуги частот так само, як і нової.

• Він також дозволяє використовувати лише споживану потужність терміналу.

Технології представлені LTE

Якщо ми подивимося на попередні стільникові системи, ми побачимо, що LTE впроваджують набагато ефективніші нові технології. Він чудово працює щодо використання континууму і відповідно до сьогоднішньої потреби забезпечує набагато вищу швидкість передачі даних. Вони йдуть:

• OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex)

• MIMO (Multiple Input Multiple Output)

• SAE (System Architecture Evolution)

Одним з ключових елементів LTE є використання OFDM, мультиплексування з ортогональним частотним поділом як канал передачі сигналів і зв'язаних схем доступу, OFDMA (мультиплексування з ортогональним частотним поділом каналів) і SC-FDMA (множинний доступ з одним частотним поділом каналів).

OFDM використовується в інших системах з WLAN, WiMAX для широкомовних технологій, включаючи DVB і DAB. OFDM має багато переваг, у тому числі його стійкість до багатопроменевого завмирання та перешкод. Крім цього, хоча це може здатися особливо складною формою модуляції, воно піддається цифровій обробці сигналів.

Зважаючи на свої переваги використання ODFM та пов'язаних з ним технологій доступу, OFDMA та SC-FDMA є природним вибором для нового стандарту стільникового зв'язку LTE.

Модуляція LTE та основи OFDM

Хоча в LTE використовуються основні поняття OFDM, він був адаптований для задоволення точних вимог до LTE. Проте використання кількох несучих, кожен із яких має низьку швидкість передачі, залишається незмінним.

Примітка щодо OFDM:

Мультиплексування з ортогональним частотним поділом (OFDM) - це форма передачі, в якій використовується велика кількість близьких несучих, які модулюються даними з низькою швидкістю. Зазвичай ці сигнали будуть заважати один одному, але, роблячи сигнали ортогональним один одному, взаємних перешкод немає. Дані розбиваються на всі несучі, щоб забезпечити стійкість до виборчого завмирання від ефектів багатопроменевого поширення.

Фактична реалізація технології відрізнятиметься від низхідної лінії зв'язку (тобто від базової станції до мобільної станції) та висхідної лінії зв'язку (тобто мобільної до базової станції) внаслідок різних вимог між двома напрямками та обладнанням з обох кінців. Однак OFDM був вибраний як формат сигналу, оскільки він дуже стійкий до перешкод. Також останніми роками був накопичений значний досвід у використанні його різних форм мовлення, які використовують його разом з Wi-Fi та WiMAX. OFDM також є форматом модуляції, який дуже підходить для перенесення високих швидкостей передачі даних – однієї з ключових вимог для LTE.

На додаток до цього OFDM може використовуватися як у форматах FDD, так і TDD. Це стає додатковою перевагою.

Смуги та характеристики каналу LTE

Одним з ключових параметрів, пов'язаних з використанням OFDM LTE, є вибір смуги пропускання. Доступна смуга пропускання впливає на безліч рішень, включаючи кількість несучих, які можуть бути розміщені в OFDM сигналі, і в свою чергу це впливає на елементи, включаючи довжину символу і так далі.

LTE визначає кількість смуг пропускання каналу. Очевидно, що більше смуга пропускання, то більша пропускна здатність каналу.

Смугами пропускної спроможності каналу, які були обрані для LTE, є:

• 1,4 МГц

• 3 МГц

• 5 МГц

• 10 МГц

• 15 МГц

• 20 МГц

На додаток до цього інтервал між несучими становить 15 кГц, тобто несучі LTE рознесені на 15 кГц один від одного.

Кожна несуча здатна переносити дані з максимальною швидкістю 15 кбіт/с. Це дає смугу пропускання 20 МГц із частотою символів 18 Мбіт/с. У свою чергу це дозволяє забезпечити швидкість передачі даних 108 Мбіт/с, оскільки кожен символ з використанням 64QAM здатний представляти шість біт.

Може здатися, що ці тарифи не співпадають із даними заголовка, зазначеними у специфікаціях LTE. Причина цього у тому, що фактичні пікові швидкості передачі виробляються шляхом першого віднімання службових даних кодування і управління. Тоді є вигоди від таких елементів, як просторове мультиплексування тощо. Д.

LTE OFDM циклічний префікс, CP

Однією з основних причин використання OFDM як формат модуляції в LTE (і багатьох інших бездротових системах) є його стійкість до затримок та поширення багатопроменевості. Однак, як і раніше, необхідно впроваджувати методи підвищення стійкості до системи. Це допомагає подолати міжсимвольні перешкоди (ISI), які є результатом цього.

В областях, де очікується міжсимвольна інтерференція, цього можна уникнути, вставивши період захисту синхронізацію на початку кожного символу даних. Потім можна скопіювати розділ із кінця символу на початок. Це називається циклічним префіксом CP. Потім приймач може пробувати форму хвилі в оптимальний час і уникати будь-яких міжсимвольних перешкод, викликаних відбиттями, які затримуються тимчасово до довжини циклічного префікса CP.

Важливою є довжина циклічного префікса, CP. Якщо він недостатньо довгий, він не протидіятиме поширенню затримки багатопроменевого поширення. Якщо він занадто довгий, це зменшить пропускну здатність даних. Для LTE стандартна довжина циклічного префікса була обрана 4,69 мкс. Це дозволяє системі враховувати варіації колії до 1,4 км. Якщо довжина символу LTE встановлена дорівнює 66,7 мкс.

Переваги і недоліки

Говорячи про свої переваги, він виробляє великий обсяг продукції, має низьку очікуваність, plug and play, FDD та TDD, знаходиться на одній платформі, порівняно з іншими, має набагато кращі можливості для кінцевих користувачів та, нарешті, має простий структурний дизайн. LTE також підтримує плавне перемикання на стільникові вежі з використанням попередніх мережевих технологій, таких як GSM, UMTS та CDMA2000. Коли виникають витрати на створення нової мережевої інфраструктури, їх модернізацію та встановлення нового обладнання виникають недоліки. З цією метою LTE задіює технологію MIMO , яка передачі даних підвищує необхідність використання додаткових антен. Щоб випробувати нову інфраструктуру мережі, користувачі мережі повинні купувати нові стільникові телефони.

Пристрої, що підтримують LTE

Перші пристрої, що підтримують технологію LTE, з'явилися у 2010 році. Сучасні висококласні смартфони та багато планшетів оснащені правильними інтерфейсами для LTE-з'єднань. Старі мобільні телефони зазвичай не пропонують послуги LTE.

Майбутнє технології LTE

Всі користувачі мережі, чи то для особистого чи ділового використання, будуть відчувати вдосконалення цієї технології щодо її швидкості, ємності, охоплення та надійності, що зробить мобільний широкосмуговий шлях надто здійсненним. Користувачі, які перебувають у будь-якому місці, зможуть отримати доступ до швидкої швидкості з'єднання та ширшого охоплення інтернету. Існуючі користувачі, безумовно, захочуть перейти на якісніший сервіс, і нові користувачі також отримають від цієї переваги. Єдине, що WiMAX зараз вважається конкурентом технології LTE, хоча вони забезпечують однакові переваги щодо швидкості та охоплення, але це абсолютно різні технології. Технологія LTE, навіть будучи успішною у своїх різних випробуваннях, не може гарантувати, що вона буде технологією, яку використовують користувачі наступного покоління.