Le réseau LTE a récemment été approuvé par le consortium 3GPP. En utilisant une telle interface hertzienne, il est possible d'obtenir un réseau avec des performances sans précédent en termes de débit de transfert de données maximum, de délai d'acheminement des paquets et d'efficacité spectrale. Les auteurs affirment que le lancement du réseau LTE permet une utilisation plus flexible du spectre radio, la technologie multi-antennes, l'adaptation des canaux, les mécanismes de programmation, l'organisation de la retransmission des données et le contrôle de la puissance.
Histoire
Le haut débit mobile, basé sur la technologie de données par paquets à haut débit HSPA, est déjà largement accepté par les utilisateurs de réseaux cellulaires. Cependant, il est nécessaire d'améliorer encore leur service, par exemple en utilisant une augmentation de la vitesse de transmission des données, une minimisation du temps de retard, ainsi qu'une augmentation de la capacité globale du réseau, puisque les exigences des utilisateurs àles services de cette communication sont en constante augmentation. C'est dans ce but que la spécification des interfaces radio HSPA Evolution et LTE a été réalisée par le consortium 3GPP.
Principales différences par rapport aux versions précédentes
Le réseau LTE se distingue du système 3G précédemment développé par des caractéristiques techniques améliorées, notamment le taux de transfert de données maximal de plus de 300 mégabits par seconde, le délai de transfert de paquets ne dépasse pas 10 millisecondes et l'efficacité spectrale est devenue bien plus haut. La construction de réseaux LTE peut être réalisée aussi bien dans de nouvelles bandes de fréquences que chez les opérateurs existants.
Cette interface radio se positionne comme une solution vers laquelle les opérateurs vont progressivement basculer depuis les systèmes de standards qui existent actuellement, ce sont le 3GPP et le 3GPP2. Et le développement de cette interface est une étape assez importante sur la voie de la formation de la norme de réseau IMT-Advanced 4G, c'est-à-dire une nouvelle génération. En fait, la spécification LTE contient déjà la plupart des fonctionnalités initialement destinées aux systèmes 4G.
Le principe d'organisation de l'interface radio
La communication radio a une particularité, à savoir que la qualité du canal radio n'est pas constante dans le temps et dans l'espace, mais dépend de la fréquence. Ici, il faut dire que les paramètres de communication changent relativement rapidement en raison de la propagation par trajets multiples des ondes radio. Afin de maintenir un taux constant d'échange d'informations sur le canal radio, un certain nombre de méthodes sont généralement utilisées pour minimiserchangements similaires, à savoir différentes méthodes de diversité de transmission. Dans le même temps, lors du processus de transmission des paquets d'informations, les utilisateurs ne peuvent pas toujours remarquer les fluctuations à court terme du débit binaire. Le mode réseau LTE suppose comme principe de base de l'accès radio de ne pas réduire, mais d'appliquer des changements rapides de la qualité du canal radio afin d'assurer l'utilisation la plus efficace des ressources radio disponibles à tout moment. Ceci est mis en œuvre dans les domaines fréquentiel et temporel grâce à la technologie d'accès radio OFDM.
Périphérique réseau LTE
De quel type de système il s'agit ne peut être compris qu'en comprenant comment il est organisé. Il est basé sur la technologie OFDM classique, qui implique la transmission de données sur plusieurs sous-porteuses à bande étroite. L'utilisation de ce dernier en combinaison avec un préfixe cyclique permet de rendre la communication basée sur l'OFDM résistante aux dispersions temporelles des paramètres du canal radio, et permet également de supprimer pratiquement le besoin d'égaliseurs complexes côté réception. Cette circonstance s'avère très utile pour organiser une liaison descendante, car dans ce cas, il est possible de simplifier le traitement des signaux par le récepteur à la fréquence principale, ce qui permet de réduire le coût du terminal lui-même, ainsi que comme la puissance consommée par celui-ci. Et cela devient particulièrement important lorsque vous utilisez le réseau 4G LTE avec le multi-streaming.
La liaison montante, où la puissance rayonnée est nettement inférieure à celle de la liaison descendante, nécessite une inclusion obligatoire dans les travauxune méthode de transmission d'informations économe en énergie pour augmenter la zone de couverture, réduire la consommation d'énergie du dispositif de réception, ainsi que son coût. Les études menées ont conduit au fait que désormais pour la liaison montante LTE, une technologie monofréquence de diffusion d'informations sous forme d'OFDM avec une dispersion correspondant à la loi de transformée de Fourier discrète est utilisée. Cette solution offre un rapport inférieur entre les niveaux de puissance moyenne et maximale par rapport à la modulation conventionnelle, ce qui améliore l'efficacité énergétique et simplifie la conception des terminaux.
La ressource de base utilisée dans la transmission d'informations conformément à la technologie ODFM peut être représentée comme un réseau temps-fréquence qui correspond à l'ensemble de symboles OFDM, et des sous-porteuses dans les domaines temporel et fréquentiel. Le mode réseau LTE suppose que deux blocs de ressources sont utilisés ici comme élément principal de transmission de données, qui correspondent à une bande de fréquence de 180 kilohertz et un intervalle de temps d'une milliseconde. Une large gamme de débits de données peut être réalisée en combinant les ressources de fréquence, en définissant les paramètres de communication, y compris le débit de code et la sélection de l'ordre de modulation.
Spécifications
Si nous considérons les réseaux LTE, ce que c'est deviendra clair après certaines explications. Afin d'atteindre les objectifs élevés fixés pour l'interface radio d'un tel réseau, ses développeurs ont organisé un certain nombre d'opérations assez importantesmoment et fonctionnalité. Chacun d'entre eux sera décrit ci-dessous, avec une indication détaillée de la façon dont ils affectent des indicateurs importants tels que la capacité du réseau, la couverture radio, le temps de retard et le taux de transfert de données.
Flexibilité dans l'utilisation du spectre radio
Les normes législatives en vigueur dans une région géographique particulière affectent la manière dont les communications mobiles seront organisées. Autrement dit, ils prescrivent le spectre radio attribué dans différentes gammes de fréquences par des bandes non appariées ou appariées de différentes largeurs. La flexibilité d'utilisation est l'un des avantages les plus importants du spectre radio LTE, ce qui lui permet d'être utilisé dans différentes situations. L'architecture du réseau LTE permet non seulement de travailler dans différentes bandes de fréquences, mais également d'utiliser des bandes de fréquences de différentes largeurs: de 1,25 à 20 mégahertz. De plus, un tel système peut fonctionner dans des bandes de fréquences non appariées et appariées, prenant en charge le duplex temporel et fréquentiel, respectivement.
Si nous parlons d'appareils terminaux, alors lors de l'utilisation de bandes de fréquences appariées, l'appareil peut fonctionner en mode duplex intégral ou semi-duplex. Le deuxième mode, dans lequel le terminal reçoit et transmet des données à des instants différents et à des fréquences différentes, est intéressant en ce qu'il réduit considérablement les exigences sur les caractéristiques du filtre duplex. Grâce à cela, il est possible de réduire le coût des terminaux. De plus, il devient possible d'introduire des bandes de fréquences appariées à faible espacement duplex. Il s'avère que les réseauxLes communications mobiles LTE peuvent être organisées dans presque toutes les distributions du spectre de fréquences.
Le seul défi dans le développement d'une technologie d'accès radio qui permet une utilisation flexible du spectre radio est de rendre les appareils de communication compatibles. À cette fin, la technologie LTE met en œuvre une structure de trame identique dans le cas de l'utilisation de bandes de fréquences de largeurs différentes et de modes duplex différents.
Transmission de données multi-antennes
L'utilisation de la diffusion multi-antennes dans les systèmes de communication mobile permet d'améliorer leurs caractéristiques techniques, ainsi que d'étendre leurs capacités en termes de service aux abonnés. La couverture du réseau LTE implique l'utilisation de deux méthodes de transmission multi-antennes: la diversité et le multi-flux, dont un cas particulier est la formation d'un faisceau radio étroit. La diversité peut être considérée comme un moyen d'égaliser le niveau du signal provenant de deux antennes, ce qui vous permet d'éliminer les creux profonds dans le niveau des signaux reçus séparément de chaque antenne.
Regardons de plus près le réseau LTE: qu'est-ce que c'est et comment utilise-t-il tous ces modes ? La diversité de transmission repose ici sur la méthode de codage spatio-fréquence de blocs de données, qui est complétée par une diversité temporelle avec un décalage de fréquence lors de l'utilisation simultanée de quatre antennes. La diversité est généralement utilisée sur des liaisons descendantes communes où la fonction de planification ne peut pas être appliquée en fonction de l'état de la liaison. Oùla diversité de transmission peut être utilisée pour envoyer des données utilisateur, telles que le trafic VoIP. En raison de l'intensité relativement faible d'un tel trafic, la surcharge supplémentaire qui est associée à la fonction de programmation mentionnée précédemment ne peut pas être justifiée. Avec la diversité des données, il est possible d'augmenter le rayon des cellules et la capacité du réseau.
La transmission multiflux pour la transmission simultanée d'un certain nombre de flux d'informations sur un canal radio implique l'utilisation de plusieurs antennes de réception et d'émission situées respectivement dans le terminal et la station de réseau de base. Cela augmente considérablement la vitesse maximale de transmission des données. Par exemple, si le dispositif terminal est équipé de quatre antennes et qu'un tel nombre est disponible au niveau de la station de base, alors il est tout à fait possible de transmettre simultanément jusqu'à quatre flux de données sur un canal radio, ce qui permet en fait de quadrupler son débit.
Si vous utilisez un réseau avec une petite charge de travail ou de petites cellules, alors grâce au multi-streaming, vous pouvez atteindre un débit suffisamment élevé pour les canaux radio, ainsi qu'utiliser efficacement les ressources radio. S'il y a de grandes cellules et un degré élevé de charge, la qualité du canal ne permettra pas la transmission multiflux. Dans ce cas, la qualité du signal peut être améliorée en utilisant plusieurs antennes de transmission pour former un faisceau étroit pour la transmission de données en un seul flux.
Si nous considéronsRéseau LTE - ce que cela lui donne pour atteindre une plus grande efficacité - alors il convient de conclure que pour un travail de haute qualité dans diverses conditions de fonctionnement, cette technologie met en œuvre une transmission multi-flux adaptative, qui vous permet d'ajuster en permanence le nombre de flux transmis simultanément, conformément aux connexions d'état de canal en constante évolution. Avec de bonnes conditions de liaison, jusqu'à quatre flux de données peuvent être transmis simultanément, atteignant des taux de transmission allant jusqu'à 300 mégabits par seconde avec une bande passante de 20 mégahertz.
Si la condition du canal n'est pas si favorable, alors la transmission est faite par moins de flux. Dans cette situation, les antennes peuvent être utilisées pour former un faisceau étroit, améliorant la qualité de réception globale, ce qui conduit finalement à une augmentation de la capacité du système et à une extension de la zone de service. Pour fournir de grandes zones de couverture radio ou une transmission de données à grande vitesse, vous pouvez transmettre un seul flux de données avec un faisceau étroit ou utiliser la diversité des données sur des canaux communs.
Mécanisme d'adaptation et de répartition du canal de communication
Le principe de fonctionnement des réseaux LTE suppose que la planification signifiera la répartition des ressources du réseau entre les utilisateurs pour la transmission de données. Cela permet une planification dynamique dans les canaux aval et amont. Les réseaux LTE en Russie sont actuellement configurés de manière à équilibrer les canaux de communication etperformances globales du système.
L'interface radio LTE assume la mise en œuvre de la fonction de planification en fonction de l'état du canal de communication. Il fournit une transmission de données à haute vitesse, qui est obtenue grâce à l'utilisation d'une modulation d'ordre élevé, la transmission de flux d'informations supplémentaires, une diminution du degré de codage de canal et une diminution du nombre de retransmissions. Pour cela, des ressources de fréquence et de temps sont utilisées, qui se caractérisent par des conditions de communication relativement bonnes. Il s'avère que le transfert d'une quantité particulière de données s'effectue dans un laps de temps plus court.
Les réseaux LTE en Russie, comme dans d'autres pays, sont construits de telle manière que le trafic des services qui sont occupés à transférer des paquets avec une petite charge utile après les mêmes intervalles de temps peut nécessiter une augmentation de la quantité de trafic de signalisation requis pour la planification dynamique. Il peut même dépasser la quantité d'informations diffusées par l'utilisateur. C'est pourquoi il existe une telle chose comme la planification statique du réseau LTE. Qu'est-ce que c'est, cela deviendra clair si nous disons que l'utilisateur se voit attribuer une ressource RF conçue pour transmettre un certain nombre de sous-trames.
Grâce aux mécanismes d'adaptation, il est possible de "faire sortir tout ce qui est possible" d'un canal avec une qualité de liaison dynamique. Il vous permet de sélectionner un schéma de codage et de modulation de canal en fonction des conditions de communication caractérisées par les réseaux LTE. Ce que c'est deviendra clair si nous disons que son travail affectesur la vitesse de transmission des données, ainsi que sur la probabilité d'éventuelles erreurs dans le canal.
Puissance et régulation de la liaison montante
Cet aspect concerne le contrôle du niveau de puissance émis par les terminaux pour augmenter la capacité du réseau, améliorer la qualité de la communication, élargir la zone de couverture radio, réduire la consommation d'énergie. Pour atteindre ces objectifs, les mécanismes de contrôle de puissance s'efforcent de maximiser le niveau d'un signal entrant utile tout en réduisant les interférences radio.
Les réseaux LTE de Beeline et d'autres opérateurs supposent que les signaux de liaison montante restent orthogonaux, c'est-à-dire qu'il ne devrait y avoir aucune interférence radio mutuelle entre les utilisateurs d'une même cellule, du moins pour des conditions de communication idéales. Le niveau d'interférence créé par les utilisateurs des cellules voisines dépend de l'endroit où se trouve le terminal émetteur, c'est-à-dire de la façon dont son signal s'atténue sur le chemin de la cellule. Le réseau Megafon LTE est organisé exactement de la même manière. Il serait correct de dire ceci: plus le terminal est proche d'une cellule voisine, plus le niveau d'interférences qu'il y crée sera élevé. Les terminaux qui sont plus éloignés d'une cellule voisine sont capables de transmettre des signaux plus forts que les terminaux qui se trouvent à proximité.
En raison de l'orthogonalité des signaux, la liaison montante peut multiplexer les signaux provenant de terminaux de puissances différentes dans un canal sur la même cellule. Cela signifie qu'il n'est pas nécessaire de compenser les pics de niveau de signal,qui surviennent en raison de la propagation par trajets multiples des ondes radio, et vous pouvez les utiliser pour augmenter la vitesse de transmission des données en utilisant les mécanismes d'adaptation et de planification des canaux de communication.
Relais de données
Presque tous les systèmes de communication, et les réseaux LTE en Ukraine ne font pas exception, font de temps en temps des erreurs dans le processus de transfert de données, par exemple, en raison de la décoloration du signal, des interférences ou du bruit. La protection contre les erreurs est assurée par des méthodes de retransmission d'informations perdues ou corrompues, conçues pour assurer des communications de haute qualité. La ressource radio est utilisée de manière beaucoup plus rationnelle si le protocole de relais de données est organisé de manière efficace. Afin de tirer le meilleur parti de l'interface aérienne à grande vitesse, la technologie LTE dispose d'un système de relais de données à deux couches dynamiquement efficace qui implémente l'ARQ hybride. Il présente le faible temps système nécessaire pour fournir des commentaires et renvoyer des données, ainsi qu'un protocole de nouvelle tentative sélective à haute fiabilité.
Le protocole HARQ fournit à l'appareil récepteur des informations redondantes, lui permettant de corriger d'éventuelles erreurs spécifiques. La retransmission via le protocole HARQ conduit à la formation d'une redondance d'informations supplémentaires, qui peut être nécessaire lorsque la retransmission n'a pas suffi à éliminer les erreurs. La retransmission des paquets non corrigés par le protocole HARQ est effectuée avecen utilisant le protocole ARQ. Les réseaux LTE sur iPhone fonctionnent selon les principes ci-dessus.
Cette solution vous permet de garantir le délai minimum de traduction des paquets avec une faible surcharge, tout en garantissant la fiabilité de la communication. Le protocole HARQ vous permet de détecter et de corriger la plupart des erreurs, ce qui conduit à une utilisation plutôt rare du protocole ARQ, car cela est associé à une surcharge considérable, ainsi qu'à une augmentation du temps de retard lors de la traduction des paquets.
La station de base est un nœud d'extrémité qui prend en charge ces deux protocoles, fournissant un lien étroit entre les couches des deux protocoles. Parmi les différents avantages d'une telle architecture figurent la grande vitesse d'élimination des erreurs qui subsistaient après le fonctionnement de HARQ, ainsi que la quantité réglable d'informations transmises à l'aide du protocole ARQ.
L'interface radio LTE a des performances élevées en raison de ses principaux composants. La souplesse d'utilisation du spectre radio permet d'utiliser cette interface radio avec n'importe quelle ressource fréquentielle disponible. La technologie LTE fournit un certain nombre de fonctionnalités qui permettent une utilisation efficace des conditions de communication en évolution rapide. En fonction de l'état du lien, la fonction de planification délivre les meilleures ressources aux utilisateurs. L'utilisation de technologies multi-antennes conduit à une réduction de l'évanouissement du signal et, à l'aide de mécanismes d'adaptation de canal, il est possible d'utiliser des méthodes de codage et de modulation du signal qui garantissent une qualité de communication optimale dans des conditions spécifiques.
