2.4. Агрегация частотных полос

.Агрегация (присоединение) частотных полос является наряду с пространственным мультиплексированием основным способом увеличения скорости передачи данных. В LTE Rel. 8/9 максимальная ширина частотного канала 20 МГц. Дальнейшее расширение канала технологически затруднено, так как сложно обеспечить необходимую точность синхронизации при когерентном приеме сигналов на поднесущих с большими номерами.

Для увеличения ширины полосы в Rel. 10 предложена технология агрегация полос. Это означает, что одновременно с передачей в базовой полосе частот появляется возможность вести одновременно передачу еще в нескольких полосах. При этом в каждой новой полосе формируют индивидуальный сигнал OFDM, где поднесущие номеруют от 1 до максимальной. Это означает, что передают несколько независимых сигналов, которые могут принимать как один терминал, так и разные терминалы. Повторную передачу непринятых пакетов также осуществляют независимо в каждой полосе.

Агрегировать можно полосы разной ширины (5, 10, 20 МГц), причем число присоединенных полос вниз и вверх может быть разным (асимметричный трафик), но число полос вверх не может быть больше их числа вниз. Общее число агрегируемых полос вниз может достигать 5. Оператор может выбирать полосы из одного диапазона (подряд или с промежутками) или из разных диапазонов (рис. 2.23). Частотные диапазоны, выделенные для сетей LTE с частотным дуплексом, приведены в табл. 2.5, c временным дуплексом в табл.2.6.

Рис.2.23. Варианты выделения полос при агрегации

Мобильные терминалы, начиная с Rel.10, должны поддерживать такие режимы.

Для формализации процедур обслуживания UE одна из агрегированных полос относится к первичной соте (primary, PCell), а остальные ‒ ко вторичным (secondary, SCell). В полосе первичной соты передают всю системную информацию: синхронизирующие сигналы, канал РВСН, SIB’ы, пейджинг, ответы eNB на запросы на доступ к сети., поскольку этот канал используют все UE, обслуживаемые данным .eNB. UE, использующие агрегацию полос, получают в первичной соте индивидуальные сообщения каналов управления, включая сигнализацию NAS. В этой полосе UE производят запросы на доступ к сети и выполняют измерения, связанные с хэндовером. Сами хэндоверы также осуществляют в первичных сотах. При хэндоверах нет автоматического переключения вторичных сот. По завершении хэндовера новый eNB выделяет для UE вторичные соты, не обязательно прежние [18].

Таблица 2.5

Номер диапазона	Частоты передачи вверх () UE → eNB (МГц)	Частоты передачи вниз () eNB → UE (МГц)	Разнос частот между каналами вверх и вниз (МГц)
	Fмин – Fмакс	Fмин – Fмакс	F – F
1	1920 – 1980	2110 – 2170	190
2	1850 – 1910	1930 – 1990	80
3	1710 – 1785	1805 – 1880	95
4	1710 – 1755	2110 – 2155	400
5	824 – 849	869 – 894	45
7	2500 – 2570	2620 – 2690	120
8	880 – 915	925 – 960	45
9	1749.9 – 1784.9	1844.9 – 1879.9	95
10	1710 – 1770	2110 – 2170	400
11	1427,9 – 1452,9	1475,9 – 1500,9	48
12	698 – 716	728 – 746	30
13	777 – 787	746 – 756	-31
14	788 – 798	758 – 768	-30
17	704 – 726	734 – 746	30
18	815 – 830	860 – 875	45
19	830 – 845	875 – 890	45
20	832 – 862	791 – 821	-41
21	1447,9 – 1462,9	1495,9 – 1510,9	48
23	2000 – 2020	2180 – 2200	180
24	1626,5 – 1660,5	1525 – 1559	- 101,5
25	1850 – 1915	1930 – 1995	80

Таблица 2.6

Номер диапазона	33	34	35	36	37	38	39	40	41	42	43
Частоты передачи (МГц)	1900 - 1920	2010 - 2025	1850 - 1910	1930 - 1990	1910 - 1930	2570 - 2620	1880 - 1920	2300 - 2400	2496 - 2690	3400 - 3600	3600 - 3800

Что касается сообщений канала PDCCH о выделении UE канального ресурса для передачи трафика, то здесь возможны 2 варианта. В каждой рабочей полосе можно сконфигурировать свой канал управления PDCCH и по нему передавать сообщения о выделении канального ресурса только для этой полосы. Однако в ряде случаев, особенно в неоднородных сетях, где в макро и микро (пико) сотах ведут передачу совместно в нескольких полосах, целесообразен вариант перекрестного управления. В этом случае для первичных сот разных подсетей выбирают разные полосы и в каждой первичной соте передают в канале PDCCH всю информацию о выделяемом канальном ресурсе в первичной и во всех вторичных сотах eNB данной подсети. Такой способ позволяет ослабить помехи при приеме сигналов PDCCH в маломощных микро и пикосотах.

Спецификации [5, AnnexJ] предлагают 5 сценариев использования технологии агрегации полос. В сценарии 1 (рис. 2.24,а) рабочие полосы F₁ и F₂ взяты из одного диапазона, покрытие сот в полосах практически одинаковое, в обеих полосах может быть обеспечена мобильность абонента.

В сценарии 2 (рис.2.24б) полосы F₁ и F₂ взяты из разных, далеко отстоящих по частоте диапазонов, например, F₁ из диапазона 17, а F₂ из диапазона 7. В этом случае каналы F₂ покрывают меньшую территорию, в зонах повышенного трафика, и мобильность абонента обеспечивается только в полосе F₁. Аналогичная ситуация возникает, когда полосы F₁ и F₂ находятся в одном диапазоне, но в полосе F₂ работают с пониженной мощностью.

а) б)

в)

Рис.2.24. Сценарии применения технологии агрегации полос

В сценарии 3 (рис.2.24в) полосы F₁ и F₂ взяты из одного диапазона, но диаграммы направленности антенн в полосе F₂ смещены так, чтобы улучшить покрытие по границам сот полосы F₁. Как следует из рис. 2.11в, лучшее покрытие и мобильность абонентов обеспечивает полоса F₁. Остальные 2 сценария относятся к неоднородным сетям LTE с использованием вынесенных радиоголовок и релейных станций [1, гл.10].

Применяя совместно технологии агрегации полос и MIMO, можно получить сквозные скорости передачи данных порядка 1 Гбит/с. При полосе радоиканала в 20 МГц и использовании модуляции 64-КАМ сквозная скорость в канале достигает 70 Мбит/с. При агрегации 4 полос по 20 МГц и, мультиплексируя 4 потока данных, получим сквозную скорость в радиоканале 4×4×70 ≈ 1 Гбит/с

Контрольные вопросы к главе 2.

1. Зачем в сетях LTE используют технологию OFDM?

2. Как осуществляют фильтрацию сигналов на отдельных поднесущих в приемнике?

3. В чем отличия сетей LTE с частотным дуплексом от сетей с временным дуплексом?

4. Зачем при передаче между символами вставляют циклический префикс?

5. Что такое технология SC-FDMA и зачем ее используют при передаче вверх?

6. Сколько РЭ в одном ресурсном блоке в субкадре и сколько РЭ занимают в нем опорные символы при передаче вниз?

7. Какие каналы передают в субкадрах вниз? Что такое SIB и какую информацию в них размещают?

8. Какое число поднесущих передают в полосах 5, 10 и 20 МГц?

9. Оцените максимальную сквозную скорость передачи данных вниз в полосе 10 (20) МГц. Модуляция – 64-КАМ, скорость избыточного кодирования 0,9. При расчете не забудьте учесть, что 1 – 3 OFDM символа в каждом субкадре занимают каналы управления.

10. Что такое пространственно-временное кодирование и зачем его применяют?

11. Какие опорные сигналы передают при пространственном мультиплексировании?

12. Почему при пространственно-временном кодировании возможен прием сигналов с двух антенн передатчика на одну антенну приемника, а при пространственном мультиплексировании в приемнике должны работать минимум 2 антенны?

13. Что такое MU-MIMO и чем оно отличается от SU-MIMO?

14. Почему при линейном приеме (в ZF-приемнике) мультиплексированных сигналов получается больше ошибок, чем в приемнике, реализующем алгоритм максимального правдоподобия?

15. В каких диапазонах частот выделены полосы для сетей LTE?

16. Почему для увеличения сквозной пропускной способности вместо расширения полосы радиоканала свыше 20МГц и введения дополнительных поднесущих применяют технологию агрегации полос?