LTE-Advanced: Лидирующая технология в эру мобильной широкополосной передачи данных
8 августа 2012
Рубрика: Мобильная связь, Связь и телекоммуникации. Тэги: ,
Автор: .

В первом квартале 2011 года 3GPP выпустила первую версию протокола LTE-Advanced (LTE-A): LTE-A Release10. LTE-A была получена посредством развития технологии LTE с целью соответствия возрастающим требованиям IMT Advanced, — четвертого поколения мобильных систем коммуникации.

Технология LTE-A значительно увеличивает пиковые значения скорости ПД, пиковую спектральную эффективность, значения средней скорости ПД, среднюю спектральную эффективность и производительность абонентов на границе ячейки покрытия. Она улучшает эффективность сети по всей сети и будет основным направлением развития мобильных коммуникаций в будущем, находясь на гребне волны новой эры мобильной широкополосной передачи данных (МШПД).

Количество мобильных абонентов и абонентов мобильной ШПД продолжает увеличиваться очень быстро. Среднегодовые темпы роста количества абонентов за 2007–2011 годы составили 104%. Агентство Infonetics подсчитало, что количество абонентов мобильных услуг в мире достигло 5,2 млрд. в 2011 году, количество абонентов мобильной ШПД превысило 5 млрд., а рост трафика в расчете на абонента превысит 50% в последующие 10 лет. При этом трафик мобильной сети вырастет в ошеломляющие 500 раз. Все это обуславливает внедрение LTE-A для обеспечения требований по передаче огромных объемов информации по сети большой емкости.

Ключевые технологии LTE-A
Технология LTE-A расширяет и усиливает базовую платформу технологии LTE. В частности, это касается более гибкого и эффективного использования частотных ресурсов, более высокой спектральной эффективности, более простой и оптимизированной архитектуры сети и способности снизить совокупные затраты (TCO) и предоставлять больше услуг. Технология LTE-A обратно совместима с LTE и представляет собой плавную эволюцию последней. Технология LTE-A должна поддерживать полосу частот до 100 MГц, пиковую скорость на даунлинке до 1 Гбит/с со спектральной эффективностью, улучшенной до 30 бит/с на 1 Гц, и пиковую скорость на аплинке до 500 Мбит/с со спектральной эффективностью, улучшенной до 15 бит/с на 1 Гц и расширение MIMO на аплинке и даунлинке до 8х8 и 4х4 соответственно.

Ключевые технологии, позволяющие LTE-A реализовать эти требования, это:
• объединение несущих (Carrier Aggregation СА);
• усиление MIMO (Enhanced MIMO);
• скоординированный многоточечный прием/передача (Coordinated Multipoint Tx/Rx- СоМР);
• неоднородная сеть (Heterogeneous Network- HetNet);
• самоорганизующаяся сеть (Self Organization Network (SON).

Рассмотрим их более подробно.

Объединение несущих (CA)
Чтобы выполнить требования по пиковой скорости — аплинк до 500 Мбит/с и даунлинк до 1 Гбит/с — LTE-A должен поддерживать работу с полосой частот до 100 МГц. Однако, почти невозможно найти столь широкую полосу частот в доступных частотных ресурсах на сегодняшний день. Поэтому LTE-A использует технологию объединения несущих (CA) для полного использования частотных ресурсов, разбросанных в разных частотных диапазонах. Это позволяет не только использовать имеющиеся частотные ресурсы по максимуму, но и гарантирует обратную совместимость с LTE.

Наибольшая полоса частот, используемая в настоящий момент технологией LTE, — 20 МГц. Технология же LTE-A объединяет несколько несущих в разных частотных диапазонах, совместимых с LTE для поддержки суммарной полосы частот до 100 MГц. LTE-A использует три формы объединения несущих — непрерывный CA в диапазоне, прерывающийся CA в диапазоне и прерывающийся CA вне диапазона — для объединения нескольких непрерывных и прерывающихся частей несущих в одном или нескольких диапазонах. При заданной асимметричности трафика на аплинке и даунлинке LTE-A может также объединять асимметричные несущие, поскольку при типичном использовании полоса частот для даунлинка больше полосы частот аплинка. Технология CA может не только значительно увеличить утилизацию частотных ресурсов, но также помогает операторам гибко комбинировать неширокие полосы частот в разных диапазонах для увеличения пиковой скорости абонентов и общей пропускной способности сети. CA не предполагает каких-либо дополнительных требований к принимающей способности терминалов. Поэтому терминалы LTE-A со способностью работать с полосой частот свыше 20 МГц могут принимать несколько частей несущих одновременно, в то время как терминалы LTE Rel.8 могут принимать только одну несущую частоту.

Усиление MIMO (Enhanced MIMO)
Учитывая то, что новые частотные ресурсы становятся все более недоступными, увеличение емкости частотного канала посредством использования мультиантенн широко применяется во множестве стандартов связи. Примечательно, что это ключевая технология увеличения пиковой и средней спектральной эффективности LTE-A. Технология LTE Rel.8 поддерживает передачу на даунлинке посредством одной, двух или четырех антенн, две или четыре антенны на прием на терминальном оборудовании и максимум до четырех уровней передачи на даунлинке. На аплинке LTE Rel.8 поддерживает одну передающую антенну на терминале и максимум до 4 принимающих антенн на базовой станции. Режим мультиантенной передачи в технологии LTE Rel.8 включает в себя незамкнутый MIMO, замкнутый MIMO, формирование луча направленности и диверсифицированную передачу.

В дополнение к однопользовательскому MIMO LTE также использует граничную мультиантенную передачу — мультипользовательское MIMO — для увеличения спектральной эффективности, что позволяет нескольким пользователям использовать один ресурс передачи посредством пространственного разделения. На базе LTE Rel.8, LTE-A поддерживает максимум 4 передающие антенны на аплинке. Если совместный физический канал аплинка (PUSC) принимает MIMO для одного пользователя, LTE-A может поддерживать до двух кодовых потоков и четыре уровня передачи. Также PUSC может улучшить качество передачи и покрытия для аплинка, контроль информации через разнос передачи. LTE-A поддерживает до восьми передающих антенн на даунлинк и может передавать два кодовых потока и максимум до восьми уровней передачи. Это еще больше увеличивает пропускную способность и спектральную эффективность передачи на аплинке и даунлинке. На даунлинке LTE-A поддерживает динамическое переключение между однопользовательским и мультипользовательским MIMO, что увеличивает производительность даунлинка мультипользовательского МIMO посредством передачи информации о состоянии усиленного канала и нового дизайна кодовой книги. Технология мультиантенн LTE-A увеличивает пиковую и среднюю спектральную эффективность и значительно усиливает емкость и покрытие для улучшения производительности сети.

CoMP
CoMP позволяет пользователям на краю ячейки покрытия координировать и одновременно получать и отправлять сигналы пользователям мультиячеек. Производительность даунлинка может быть значительно улучшена, если сигналы, передаваемые из мультиячеек, скоординированы, чтобы предотвратить взаимную интерференцию. На аплинке сигналы мультиячеек принимаются и комбинируются. Если мультиячейки скоординированы и распределены на очередь прием/передачи, взаимная интерференция внутри ячеек может быть снижена и отношение сигнал/шум принимаемого сигнала может увеличиться. Базируясь на отношении между ячейками, которые необходимо скоординировать, CoMP подразделяется на два основных режима: СоМР внутри сайта, СоМР между сайтами.

CoMP внутри сайта охватывает координацию на одном сайте. Поскольку нет никаких ограничений на емкость транспортной сети, большие объемы информации могут обмениваться между мультиячейками на одном сайте.

CoMP между сайтами охватывает координацию между несколькими сайтами и предъявляет существенно большие требования к емкости транспортной сети и задержкам прохождения сигнала.

Сейчас производительность CoMP между сайтами ограничена емкостью транспортного канала и задержками. CoMP включает СоМР передачи на даунлинке и СоМР приема на аплинке.

CoMP приема на аплинке увеличивает пропускную способность для пользователя на краю ячейки посредством координирования мультиячеек.

СоМР передачи на даунлинке применяет две формы взаимодействия — совместную обработку и совместную диспетчеризацию/формирование луча направленности, в зависимости от того — были ли данные об услуге получены на нескольких точках координации.

Совместная обработка применяется, когда множество ячеек координируются и действуют вместе как единая виртуальная ячейка для обслуживания терминала. Это обычно позволяет получить лучший коэффициент усиления передачи, но предъявляет более высокие требования к емкости транспортной сети и задержкам. Совместная диспетчеризация/формирование луча направленности сигнала значительно улучшает объем информацией между несколькими ячейками и координирует соответствующее планирование и разнос передачи для минимизации взаимной интерференции между ячейками. Терминалы должны измерять сигнал каналов от разных ячеек и передавать ответный сигнал, включая ожидаемый вектор предварительного кодирования от обслуживающей ячейки и вектор предварительного кодирования интерференции от соседних ячеек, которые создают наиболее сильную интерференцию. Координация планировщиков от нескольких соседствующих ячеек помогает каждой ячейке снизить интерференцию на соседние ячейки при передаче сигнала. Это гарантирует силу сигнала, ожидаемую пользователем ячейки.

CoMP — ключевая технология LTE-A, которая эффективно увеличивает среднюю емкость ячеек и отношение сигнал/шум для пользователей на краю зоны покрытия ячейки. Хотя CoMP повышает сложность системы, те преимущества в емкости и покрытии сети, которые она дает, значительно перевешивают недостатки.

Неоднородная сеть HetNet
Статистика показывает, что от 80 до 90% трафика в сетях будущего будет производиться в закрытых помещениях и хотспотах. Важность покрытия сети внутри помещений, важность низкоскоростных сетей и покрытие в хотспотах будут постоянно расти в эру мобильного Интернета, требуя от операторов использовать новые технологии для улучшения удовлетворенности абонентов от использования услуг традиционных мобильных сетей в хотспотах. В традиционной сети с макроячейками операторы могут использовать больше частотного ресурса или добавить базовую станцию для увеличения емкости сети. В качестве альтернативы они могут установить большее количество антенн на базовую станцию для использования технологии advanced MIMO. Эти меры увеличивают финансовые затраты и сложность внедрения, сильно ограничивая потенциал эволюции производительности сети с традиционными макроячейками. Технология HetNet значительно увеличивает пропускную способность сети и общую емкость посредством распределения маломощных базовых станций в зонах покрытия макробазовых станций для формирования разнородной системы с различным типом узлов, предлагающих одинаковое покрытие.

Маломощные базовые станции включают в себя базовые станции семейства: micro, pico, удаленная радиоголовка (RRH), relay и femtocell. Увеличение количества маленьких, маломощных базовых станций дешевле, они гибкие в применении и эффективно увеличивают емкость сети. Маленькие станции не только разгружают хотспоты макро БТС, но и улучшают слепые зоны покрытия макробазовых станций.

Ключевая особенность HetNet — совместное использование макробазовых станций и микробазовых станций, особенно в условиях координации интерференции и совместимости.

Инновации компании Huawei
Компания Huawei принимает активное участие в процессе деятельности рабочих групп 3GPP, будучи представленной 1 председателем, 3 вице-председателями и 32 участниками. Орган стандартизации Huawei включает в себя ряд ведущих экспертов, которые постоянно принимают участие в разработке и дополнении ключевых принципов в технологии LTE/LTE-A, отталкиваясь от богатого опыта в областе НИОКР, понимания требований рынка и опыта коммерциализации инновационных решений.

На выставке CTIA Wireless 2010 компания Huawei продемонстрировала решение LTE-Advanced. Предлагая вниманию самую быструю в мире скорость передачи данных от базовой станции к абоненту на уровне 1,2 Гб/с (что в 40 раз быстрее, чем самые производительные 3G-сети) — Huawei снова установила новый рекорд скорости в мобильных сетях широкополосного доступа.

На пути эволюции от LTE к LTE-A наша компания успешно преодолела основные вызовы, которые стоят перед современными широкополосными беспроводными сетями: была спроектирована и разработана линейка передовых продуктов и решений, включая 3mRRU-решения, которые являются самыми легкими и компактными двухтрансмиссионными модулями на текущий момент, с легкой установкой и обслуживанием. Помимо этого, предложенное 4mRRU-решение помогает снизить число базовых станций и модулей, которые должны быть установлены, что уменьшает потери, упрощает антенно-фидерные системы, снижает совокупную стоимость владения и поддерживает пяти- и трехдиапазонный режим. Целый ряд других предложений (адаптивная антенная система (AAS) и адаптивный антенный массив (AAA), решение HetNet с микро-, пико- и фемтусел оборудованием, что позволяет улучшить покрытие за счет хот-спотов и уменьшить число «слепых» зон) позволил существенно расширить выбор оператора и достичь максимального использования спектрального ресурса наряду с улучшением емкости системы.

В будущем LTE-A станет основной технологией мобильного широкополосного доступа, что мотивирует Huawei неустанно продолжать исследовательскую работу и создавать новые предложения для LTE и LTE-A продуктов, которые смогут сделать мобильный Интернет более доступным и интеллектуальным.

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В WhatsApp
В Одноклассники
ВКонтакте