Швидкості, які може забезпечити технологія LTE в низхідному і висхідному каналах (від базової станції до мобільного пристрою і назад), залежать від безлічі важливих параметрів - метод дуплексування каналів, наявний діапазон частот, вид модуляції піднесуть, метод завадостійкого кодування даних, використання технологій MIMO, витрати ресурсів на управління, тривалість циклічних префіксів і інші. [1]
Попередні оцінки параметрів планованої мережі стандарту LTE можуть проводитися в трьох сценаріях, як показано на рис.1: окреме з'єднання (Single-Downlink, окрема стільника з багатьма користувачами (Single-Cell Multi-User), багато сот з багатьма користувачами (Multi-Cell Multi-User);
Мал. 1. Сценарії для оцінки параметрів планованої мережі стандарту LTE
Single-Downlink- сценарій, в якому оцінюється тільки одне спадний з'єднань-ня між базовою станцією і абонентським обладнанням одного користувача. З точки зору планування дозволяє досліджувати параметри службових і призначених для користувача каналів, а також ефективність алгоритмів MIMO.
Single-Cell Multi-User - сценарій, в якому оцінюються з'єднання з потенційно активними користувачами в межах однієї стільники. Дозволяє додатково досліджувати параметри радіомережі з урахуванням внутрісотовой завантаження і процедур планування радіо ресурсів, а також ефективність багатокористувацьких режимів MIMO.
Multi-Cell Multi-User - сценарій, в якому оцінюються основні параметри все мережі. Дозволяє досліджувати всі параметри реальної радіомережі з урахуванням внутрішньосистемних перешкод від суміжних сот. [2]
2.OFDMAіSC-FDMA
Принципово новим рішенням для радіоінтерфейсу LTE стало використання нових методів множинного доступу - OFDMA в низхідному каналі (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) і SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) - у висхідному. Важливо, що весь наявний спектр розбивається на ортогональні поднесущие по 15 кГц (в низхідному каналі), кожна з яких в свою чергу модулюється певним видом модуляції (від QPSK до QAM64). 12 піднесуть - мінімальна смуга, що виділяється для одного абонента. Використання багатопозиційних методів модуляції вимагає каналів з високим рівнем відношення сигнал / шум, погіршення же радіоусловій призведе до зниження порядку модуляції, а, відповідно, і швидкості передачі даних. Таким чином, при поганих радіоусловіях максимальні швидкості передачі даних в низхідному каналі можна сміливо розділити на 3 (при QPSK одночасно передаються 2 біти інформації, при QAM64 - 6 біт).
Крім порядку модуляції важливо брати до уваги і схему завадостійкого кодування. Наприклад, кодування зі швидкістю ½ ще в 2 рази знижує швидкості передачі даних. [1,3]
3. Масштабованість
Найважливішою особливістю мереж LTE є масштабованість займаного ними частотного спектра від 1.4 до 20МГц (можливі смуги - 1.4, 3, 5, 10, 15 і 20 МГц), яка сприяє швидкому впровадженню технології в умовах обмеженості радіоресурсів. Очевидно, що, чим ширше смуга, тим більше будуть швидкості. Нижче в таблиці 1 наведені співвідношення між шириною смуги і кількістю тих, що піднесуть і ресурсних блоків (ресурсний блок - це 12 піднесуть в частотної області і один тайм-слот або 7 OFDM-символів в тимчасовій області).
Таблиця 1. Співвідношення між шириною смуги частот і числом ресурсних блоків
Важливим фактором при оцінці можливостей LTE є застосування технології MIMO (Multiple Input Multiple Output). Існують кілька варіантів застосування MIMO - для збільшення абонентської ємності, при цьому з різних антен передається різна інформація, і для поліпшення покриття. В останньому випадку з декількох антен передається одна і та ж інформація, що дозволяє абонентським пристрою комбінувати сигнал з різних антен, покращуючи його якість. Як правило,
для збільшення абонентської ємності, оператори використовують першу опцію MIMO. У цьому випадку використання MIMO 2х2 (NMIMO = 2 - порядок MIMO) призведе до збільшення швидкості передачі даних в низхідному каналі вдвічі. Однак реалізація такої схеми потребуватиме додаткових частотно-часові ресурси для передачі опорних пілот-сигналів антен. [1]
5. Канали управління
Інформація, передана на радіоінтерфейсу, ділиться на службову інформацію, яка транслюється по різних каналах управління, і на призначені для користувача дані каналу PDSCH (Physical Downlink Shared Channel).
Радіоінтерфейс LTE підтримує як частотне, так і тимчасове дуплексування висхідного і низхідного каналів (FDD і TDD), що дозволяє розгортати мережі навіть при відсутності спарених діапазонів. Так як більшість операторів, які запустили LTE, мають спарені смуги частот, то в рамках даної статті розглянемо особливості саме FDD режиму, його структуру кадру і співвідношення між призначеними для користувача і службовими ресурсами.
Мал. 2. Структура кадру LTE в режимі FDD. Фізичні канали LTE
FDD-кадр LTE складається з десяти субкадрах по 1 мс (NSFR = 10). Кожен субкадр складається з двох слотів, всередині яких може бути в залежності від часу поширення (радіуса стільники) або 6 або 7 OFDM-символів або ресурсних елементів. На рис. 2 показаний випадок з невеликим часом поширення (коротким циклічним префіксом, котрий обіймав один OFDM-символ) і відповідно 7 символів в слоті.
Для синхронізації абонентів з мережею в першому субкадрі кожного кадру по каналах первинної і вторинної синхронізації (PSS і SSS) передаються спеціальні послідовності. Вони займають 72 піднесуть (з урахуванням невикористаних ресурсних елементів по краях діапазону) - 72 OFDM-символу. У табл. 2. наводиться опис фізичних каналів управління із зазначенням обсягу витрачених на них частотно-часових ресурсів. NRB - число ресурсних блоків.
Таблиця 2. Призначення основних каналів управління і обсяг витрачених на них ресурсів [1,2]
Фізичні канали в низхідному напрямку
6. Приклад оцінки пропускної здатності
Для того щоб оцінити швидкості передачі даних в низхідному каналі (downlink), спочатку обчислюємо, скільки ресурсних елементів (або OFDM-символів) передається в мілісекундном кадрі в залежності від наявної смуги частот. Якщо час поширення невелика (використовується короткий циклічний префікс), то в одному субкадрі на одній піднесе передається 14 OFDM-символів. Таким чином, число OFDM-символів в кадрі дорівнюватиме 10 ∙ 14 ∙ 12 ∙ NRB (NRB - див.табл.1, 10 - число субкадрах в кадрі, 12 - число тих, що піднесуть в ресурсному блоці).
Далі із загального числа символів, необхідно відняти число символів, виділених під канали управління. Розглянемо приклад з наступними вихідними даними: FDD-режим, 1.4 МГц - ширина наявної смуги частот, навантаження досить висока.
Всього ресурсних елементів - 10 ∙ 14 ∙ 12 ∙ 6 = 10080
10 ∙ 6 ∙ 12 ∙ 3 = 2160 - під PDCCH, PCFICH, PHICH і частина RS
348 - решта опорних сигналів RS (якщо без MIMO, при використанні ж MIMO2x2 це число подвоїться)
Разом. 2940 OFDM-символів з 10080 зайнято службовими каналами - 29% частотно-часового ресурсу ( "КПД" = 71%).
На малюнку 3 наводяться залежності витрат ресурсів на службові канали від ширини діапазону частот.
Мал. 3. Витрати частотно-часових ресурсів спадного каналу LTE на передачу інформації каналів управління (без MIMO)
Наступний крок - відкинувши службові символи, можна також сміливо відкинути ще 1/14 від їх кількості, займають циклічним префіксом, який не несе в собі корисної інформації. Решта інформаційні необхідно помножити на кількість біт, які вони можуть містити. Число біт в символі буде визначатися способом модуляції піднесуть - 2, 4 і 6 біт відповідно для QPSK, QAM16 і QAM64.
Далі необхідно врахувати вплив завадостійкого кодування. При швидкості кодування, наприклад, ½ половина від отриманого числа біт піде на надмірність.
Використання MIMO збільшує швидкість в кратне число раз. Це найосновніші особливості, які необхідно враховувати при оцінці швидкості. Виконавши подібні розрахунки, нескладно отримати швидкості передачі даних в низхідному каналі, наведені нижче в таблицях 3 і 4. [1]
Таблиця 3. Швидкості передачі даних в низхідному каналі LTE при низькому навантаженні на мережу
Схема модуляції і кодування
Список використаних джерел.
Портал про сучасні технології бездротового зв'язку
