1.3 Технологія lte
Long-Term Evolution (LTE) розглядається багатьма, як природний спадкоємець поточних технологій 3G. Частково це пов'язано з тим, що він оновлює мережі UMTS до значно більш високих швидкостей передачі даних, як на скачуванні, так і на закачування. Специфікація передбачає пікову швидкість скачування на рівні в 100Мбит/сек, а закачування - у 50Мбіт/сек. Однак у тестах реального світу швидкості передачі даних, швидше за все, будуть перебувати в районі 5-12Мбіт/сек на викачуванні і 2-5Мбіт/сек на закачування.
У цілому стандарт LTE розробляється консорціумом 3rd Generation Partnership Project (або 3GPP) як восьмий випуск того, що з 1992 року еволюціонує з сімейства стандартів GSM.
LTE передбачає два фундаментальних аспекти. Перший аспект полягає в тому, що технологія, нарешті, залишає позаду комутовані мережі своїх GSM-коренів і переходить на мережеву архітектуру all-IP. Це значний зсув, якої в найпростішій термінології означає, що LTE буде обробляти все, що передає, включаючи голос, і дані. Інший же аспект полягає у використанні технології MIMO (або безлічі антен як на адміністратора, так і на передавальній сторонах) для поліпшення продуктивності зв'язку. Така система може використовуватися як для збільшення пропускної здатності, так і для зниження рівня перешкод.
Причина серйозної підтримки LTE з боку бездротової індустрії лежить у відносній простоті переходу поточних мереж 3G на LTE (в порівнянні з впровадженням WiMAX). Для LTE потрібно створити менше базових мережевих станцій, та й проникнення в будівлі в спектрі 700MHz, використовуваному в LTE, відбувається краще. Однак розгортання WiMAX вже почалося і триває, тоді як формальний дебют LTE повинен відбутися лише через кілька місяців.
Інтерес операторів зв'язку до технології LTE пов'язаний, зокрема, з тим, що розгортання LTE-мереж - значно більш вигідний проект, ніж мережі третього покоління. LTE краще використовує частотний спектр (відрізняється підвищеною ємністю і меншою затримкою сигналу - для невеликих пакетів цей показник може становити практично непомітні 5 мс).
Впровадження технології LTE дозволить операторам зменшити капітальні та операційні витрати, знизити сукупну вартість володіння мережею, розширити спектр послуг, пов'язаних з передачею даних по високошвидкісних каналах. З абонентської точки зору, різке збільшення швидкості передачі даних серйозно поліпшить якість надаваних послуг, що, в свою чергу, сприятиме поширенню нових платних мультимедійних сервісів (багатокористувацьких ігор, соціальних мереж, відеоконференцій, систем моніторингу, інтерактивних онлайн-додатків та ін.)
Можливості використання технології LTE
- У мобільних телефонах - відеодзвінок і мобільне телебачення.
- У смартфонах і комунікаторах - участь в інтерактивних іграх, швидке завантаження супутникових карт місцевості, інтерактивний перегляд відеоконтенту (від новин до фільмів).
- У ноутбуках і нетбуках (через вбудований або зовнішній USB-модем) - швидкісний доступ в інтернет для скачування музики і фільмів в HD-якості.
На даний момент Національна комісія з питань регулювання зв'язку (НКРЗ) України не внесла LTE в список перспективних технологій у складений цим відомством план розвитку галузі. Однак це не говорить про незацікавленість української держави у розвитку LTE. Так, на початку листопада 2009 року Державна адміністрація зв'язку звернулася в асоціацію Wireless Ukraine з проханням провести дослідження можливості впровадження в Україні технології LTE. Прохання Держзв'язку була пов'язана з неможливістю проведення тендерів на 3G-зв'язок в найближчій перспективі у зв'язку з тим, що 20 жовтня 2009 р. Президент України призупинив розпорядження Кабінету Міністрів № 1119 від 16 вересня 2009 р. про проведення конверсії радіочастот, які планувалося виділити для UMTS (3G).
Перед Перед техологию LTE висувають вимоги до сумісності: абонентський термінал, маючи відповідну апаратну і програмну підтримку, може безшовно переходити з мережі LTE як в UMTS, так і в CDMA2000, WiMAX, і навіть у старі мережі GSM або IS-95.
LTE базується на існуючій інфраструктурі. Організація «останньої милі» (eUTRAN, evolved UMTS terrestrial radio access network) експлуатує більшість вдалих знахідок WiMAX: методи мультиплексування для низхідного трафіку, способи модуляції, запит повторів (HARQ), застосування декількох приймачів (MIMO), формування адаптивної діаграми спрямованості. Але початкова спрямованість LTE на мобільне застосування зробило істотний вплив на розробку. Для організації висхідного (від абонента до базової станції) каналу використовується спрощений варіант мультиплексування (SCFDMA). Зниження пропускної здатності в даному випадку виправдане значно меншою вартістю, і, що ще важливіше, витратою електроенергії.
Іншою важливою частиною специфікації LTE є інфраструктура. Група 3GPP пропонує системну архітектуру ядра мережі (SAE, System Architecture Evolution). SAE являє собою апгрейд ядра мережі GPRS. Розробка пристроїв і програмного забезпечення до них також спрощується за рахунок повного переходу на протокол IP (комп'ютерний). При цьому зникає архаїчна схема комутації каналів - весь трафік, в тому числі голосової, передається за допомогою VoIP. Зрозуміло, з відповідними багаторівневими гарантіями (QoS). Для забезпечення вимог до продуктивності (потенційно, архітектура здатна нести навантаження LTE Advanced) і часу відгуку, базові станції мережі отримають нові високошвидкісні інтерфейси, а також будуть наділені значно більшими повноваженнями, значною мірою виконуючи функції контролерів радіомережі (RNC, radio network controller)
Пікові швидкості обміну даними для LTE становлять 326,4 Мбіт / с на низхідному каналі і 72,8 Мбіт / с у напрямку від абонента. Розподіл пропускної здатності.
Схема распределения пропускной способности
На малюнку наведена проста схема розподілу пропускної здатності для EVC (Ethernet Virtual Circuit), а також різних класів трафіку, зокрема, розходження може проводитися між призначеними для користувача даними і трафіком синхронізації, або між кількома MNO на одному майданчику, або навіть кількома поколіннями мобільного трафіку одного і того ж MNO. Виділення пропускної здатності для різних класів трафіку. Як показано на малюнку, EVC2 може складатися з безлічі CE-VLAN, причому кожна CE-VLAN виділяється для окремого класу трафіку (наприклад, даних користувача, сигналізації або синхронізації). Клас користувача трафіку може бути класифікований як відео, інтернет або голос. Пакетна розподільна мережа підтримує ці класи трафіку як у різних EVC, так і в одному і тому ж EVC для даного eNB.
Кращим вибором для класу трафіку синхронізації на базі пакетного методу нерідко виявляється виділення окремого EVC, оскільки такий EVC може бути многоточечним до UNI у всіх обслуговуваних пакетної мережею eNB. Основний обсяг трафіку припадає на переданий «в міру можливості», тому провайдери розподільної мережі повинні уникати застосування жорстких вимог до продуктивності як до високо пріоритетному, так і до загального трафіку. Надмірного виділення пропускної здатності мережі можна уникнути за рахунок підтримки принаймні двох класів сервісу (високопріоритетного і низкоприоритетного) і, якщо можливо, додаткового класу із суворим пріоритетом для трафіку синхронізації з метою мінімізації для нього варіації затримки.
Архітектура мережі LTE-SAE. Основними принципами архітектури LTE-SAE є загальна опорна точка і вузол шлюзу (Gateway Node, GW) для всіх технологій доступу. Архітектура оптимізована в площині (функціональному рівні) користувача. У всіх інтерфейсах реалізуються протоколи на базі IP. Інтеграція технологій доступу, що не відносяться до 3GPP, здійснюється на базі IP як у клієнта, так і в мережі. Архітектура передбачає перехід на меншу кількість вузлів, яке знижується з чотирьох до двох (базові станції та шлюзи). Здійснюється поділ функцій інтерфейсу мережі радіодоступу RAN-CN, аналогічно подібно WCDMA / HSPA. Також поділяються площину управління та площину користувача між системою управління мобільністю (ММЕ) і шлюзом. Шлюз, який може виконувати функції пристрою мережі пакетних даних (PDN), так і сервісного шлюзу, конфігурується під виконання обох ролей або який-небудь однієї з них. PDN-шлюз служить загальній опорною точкою для всіх технологій доступу. Тим самим у рамках однієї або декількох технологій доступу забезпечується стабільна точка присутності для всіх користувачів на основі IP, незалежно від мобільності.
Архітектура мережі LTE
eNB - базові станції
Serving GW - загальний шлюз доступу
LTE-Uu - фізичний інтерфейс користувача
X2 - фізичний інтерфейс між базовими станціями для забезпечення хендовер
S1-u - інтерфейс передачі даних користувача
S1-c - службовий інтерфейс MME
Сервісний шлюз є опорною точкою для мобільності в рамках 3GPP-системи. Функціональність ММЕ відокремлена від шлюзів для полегшення розгортання мережі, для переходу на незалежну технологію і для отримання абсолютно гнучкою масштабованості пропускної здатності. Системи GSM і WCDMA / HSPA інтегруються в вдосконалену систему за допомогою стандартизованих інтерфейсів, що з'єднують вузол SGSN (сервісний вузол підтримки GPRS) і вдосконалене ядро мережі.
Сюди входять інтерфейси з ММЕ для передачі контексту і установки каналів при переміщенні між технологіями доступу, а також з шлюзом для установки IP з'єднання з призначеним для користувача обладнанням (UE). Таким чином, для терміналів GSM і WCMDA / HSPA вузол шлюзу функціонує в якості вузла GGSN (вузла підтримки шлюзу GPRS). Дана архітектура також дозволяє створювати загальну опорну пакетну мережу для GSM, WCDMA / HSPA і LTE шляхом з'єднання SGSN і MME в одному вузлі.
Tіпічная топологія розподільної мережі при реалізації LTE.
Топологія розподільної мережі при реалізації LTE
MNO може мати фіксовані радіоканали або оптичні лінії від центрального вузла стільникового зв'язку до інших вузлів. Така топологія зачату являє собою суміш кілець, спиць, шлейфів і неповних клітинок, в залежності від необхідного географічного покриття та еластичності до збоїв. Фіксовані радіоканали, як в мікрохвильовому, так і міліметровому діапазоні, використовуються майже в половині всіх мобільних розподільних мереж. Двоточкові, високошвидкісні, пакетні фіксовані радіосистеми представляють прості і економічні рішення для розподільної мережі LTE, так як, в порівнянні з мідними лініями, підтримують вельми високі швидкості передачі даних, а їх установка часто виявляється дешевше, ніж прокладання нового волокна до майданчика базової станції.
Мережі провайдерів розподільних мереж зазвичай складаються з одного або двох доменів - агрегації і кільцевої або комірчастої топології в міській мережі. Масштабування метродомена для підтримки Ethernet і оптичних сервісів в типовому рішенні здійснюється за допомогою конвергентної оптичної Packet-Optical Transport System (POTS) на базі Ethernet. У такій архітектурі одна і та ж мережа може підтримувати пакетну розподільну мережу для LTE та інших приватних / ділових сервісів. Якщо на деяких вузлах eNB присутні кілька MNO і використовуються більш ємкі Gigabit Ethernet (GbE) UNI, а eNB розміщені з високою щільністю, провайдерам розподільних мереж, можливо, доведеться масштабувати свої мережі для підтримки в найближчому майбутньому швидкостей 10GbE, 40GbE або навіть 100GbE. Їм знадобиться підтримка різних варіантів захисних механізмів і множинних шляхів для досягнення еластичності розподільної мережі LTE. З перетворенням бездротових мереж в основну інформаційну магістраль, висока доступність мережі стає ще більш критичною, оскільки перебої великої тривалості можуть негативно позначитися на лояльності клієнтів, через те що використовувані додатки працюють ненадійно, повільно або взагалі недоступні.