6. Основы технологии lte
Задачей технологии LTE (Long-Term Evolution) является создание единой архитектуры радиодоступа для сетей сотовой связи и беспроводного доступа на уровне стандарта WiMAX. Естественно, что при этом должны быть обеспечены одинаковые скорости передачи данных в пакетном режиме на абонентские терминалы. Основные сведения о технологии LTE размещены в спецификациях E-UTRA Rel.8-10.
В LTE реализованы задачи эволюции системной архитектуры SAE (System Architecture Evolution) при передаче пакетного трафика. Архитектура E-UTRAN представлена на рис. 6.1. Она включает в себя ядро пакетной сети EPC (Evolved Packet Core), модернизированные eNB и интерфейсы S1 и X2.
Рис. 6.1. Базовая архитектура сети E-UTRAN
На физическом уровне (на радиоинтерфейсе) в технологии LTE используют OFDM при модуляции 4-ФМ, 16-КАМ и 64-КАМ. При этом максимальное число поднесущих частот в рабочей полосе может достигать 2048.
Для обеспечения взаимной синхронизации с UTRA в LTE введена единица отсчета времени Ts = 1/(15000×2048)c. Передача по радиоканалу идет кадрами длиной 10 мс, что составляет 307200 Ts. Каждый кадр состоит из 20 временных слотов длиной 15360×Ts = 0,5мс, пронумерованных от 0 до 19. Два последовательных слота составляют 1 субкадр - всего 10 субкадров, от 0 до 9 (рис.6.2).
Рис.6.2. Структура кадров в LTE
Стандарт предусматривает 2 режима работы: с частотным дуплексом (FDD) и с временным дуплексом (TDD) На рис.6.3 показана конфигурация кадров при частотном дуплексе.
Рис.6.3. Конфигурации кадров при частотном дуплексе.
При расстоянии между поднесущими ∆F = 15 кГц длина OFDM символа составляет 1/∆F ≈ 66,7 мкс. В каждой половине субкадра (слоте длиной 0,5мс) передают 6 или 7 OFDM символов в зависимости от длины циклического префикса (активной паузы между символами). Длина циклического префикса TCP составляет 160Тs ≈5,2 мкс перед первым символом и 144Тs ≈4,7мкс перед остальными символами. Возможен вариант использования расширенного циклического префикса длиной 512Тs ≈16,7мкс. В этом случае в одном субкадре размещают 6 OFDM символов (рис.6.4).
Рис.6.4. Структура слота на физическом уровне
Как было сказано, в частотной области расстояние между поднесущими выбрано равным ∆F = 15 кГц (опционально, 7,5 кГц). Выбор ∆F = 15 кГц обусловлен обеспечением взаимной синхронизации между UTRAN и LTE. Так при числе поднесущих N = 256 тактовая частота B= N/Tu = N × ∆F = 3,84 МГц, что совпадает с чиповой скоростью в стандарте UMTS. Взаимная синхронизация обеспечивается и с WiMAX. Напомним, что в WiMAX стандарта 802.16е расстояние между поднесущими составляет 10,94 кГц, что составляет 1/351 от частоты 3,84 МГц.
Весь канальный ресурс разделяют на блоки из 12 расположенных рядом поднесущих, занимающих полосу 180 кГц. При передаче вниз, от eNB к UE, в каждом блоке из 12×7 = 84 элементов часть элементов используют для передачи опорных (reference) символов (рис.6.5). Выделяемый абоненту канальный ресурс определяют числом ресурсных блоков.
Рис.6.5. Структура ресурсного блока при передаче вниз
В табл. 6.1 и 6.2 приведены сквозные скорости передачи вниз в режиме частотного дуплекса, когда каналы управления в субкадре занимают 3 OFDM-символа. В табл. 6.1 в рабочей полосе 600 поднесущих (50 РБ), в табл. 6.2 –1200 поднесущих (100 РБ).
Таблица 6.1
-
Кол-во бит на символ
Модуляция
Скорость кода
Сквозная скорость в Мбит/с
1 антенна
Сквозная скорость в одном канале в Мбит/с
4 антенны
2
4-ФМ
0,50
5,87
4,57
4
16КАМ
0,50
11,7
9,14
4
16КАМ
0,75
17,6
13,7
6
64КАМ
2/3
23,5
18,3
6
64КАМ
0,75
26,4
20,6
6
64КАМ
8/9
31,3
24,4
Таблица 6.2
-
Кол-во бит на символ
Модуляция
Скорость кода
Сквозная скорость в Мбит/с
1 антенна
Сквозная скорость в одном канале в Мбит/с
4 антенны
2
4-ФМ
0,50
12,2
10,9
4
16КАМ
0,50
24,3
21,7
4
16КАМ
0,75
36,5
32,6
6
64КАМ
2/3
48,7
43,5
6
64КАМ
0,75
54,8
48,9
6
64КАМ
8/9
64,9
58,0
7 В скобках указано число используемых поднесущих.
8 Параметр, учитывающий увеличение расчетной полосы по отношению к номинальной. Из-за наличия защитных поднесущих по краям полосы помех между сигналами соседних полос не возникает.