LTE tarmoq arxitekturasi - Asoslangan multiservis tarmog'iga kirish qobiliyatini rivojlantirish

2.2 LTE tarmoq arxitekturasi
LTE uchta asosiy texnologiyaga asoslangan: OFDM (Ortogonal
Frequency-Division Multiplexing), MIMO (Multiple Input Multiple Output)
multi-antenna tizimlari va tizim arxitekturasining evolyutsiyasi orqali
multiplekslash. Ikki tomonlama kanal bo'linishi chastota bo'linishi (FDD)
yoki vaqt bo'linishi (TDD) bo'lishi mumkin. Bu operatorlarga chastota
resursidan juda moslashuvchan foydalanish imkonini beradi. Ushbu
yechim juftlashtirilgan chastotalarga ega bo'lmagan kompaniyalar uchun
bozorga yo'l ochadi. Boshqa tomondan, FDD-ni qo'llab-quvvatlash
an'anaviy uyali aloqa operatorlari uchun juda qulaydir, chunki ular "ta'rifi
bo'yicha" birlashtirilgan chastotalarga ega - deyarli barcha mavjud uyali
aloqa tizimlari shunday tashkil etilgan. FDD tizimining o'zi TDD ga
qaraganda chastota resurslaridan foydalanish nuqtai nazaridan sezilarli
darajada samaraliroq - u kamroq qo'shimcha xarajatlarga ega (xizmat
ko'rsatish sohalari, intervallar va boshqalar).
Baza stansiyasi (BS) va mobil stansiya (MS) o'rtasidagi almashinuv davriy
takrorlanuvchi kadrlar printsipiga asoslanadi (LTE terminologiyasida - radio
ramka) [9]. Radio ramkaning davomiyligi 10 ms. LTE spetsifikatsiyasidagi barcha
vaqt parametrlari minimal vaqt kvantiga Ts = 1 / (2048
∆f)
bog'langan, bu erda
∆f
- pastki tashuvchilar orasidagi qadam, standart 15 kHz. Shunday qilib, radio
ramkaning davomiyligi 307200Ts. Vaqt kvantining o'zi 3,84 MGts (8 × 3,84 =
30,72) 3G tizimlarida (5 MGts kanal o'tkazuvchanligi bilan WCDMA) standart
ishlov berish chastotasining ko'paytmasi bo'lgan 30,72 MGts soat chastotasiga
to'g'ri keladi.
LTE standarti ikki turdagi radio kadrlarni taqdim etadi. Type1 chastotali
duplekslash uchun mo'ljallangan - ham to'liq dupleks, ham yarim dupleks.
Bunday ramka 0 dan 19 gacha raqamlangan 20 tirqishdan (0,5 ms davomiylik)
iborat. Ikki qo'shni uyalar pastki ramka hosil qiladi (5-rasm). To'liq dupleks
rejimida yuqoriga va pastga ulanish kanallaridagi radio kadrlar parallel ravishda
uzatiladi, lekin standartda belgilangan vaqt almashinuvi bilan. 2-toifa radio
ramka faqat vaqtinchalik duplekslash uchun mo'ljallangan. U 5 ms davom
etadigan ikkita yarim kadrdan iborat. Har bir yarim kadrga 1 ms davomiylikdagi
5 ta kichik kadrlar kiradi. Standart duplekslashning ikki davrini ta'minlaydi - 5 va
10 ms. Birinchi holda, 1-va 6-chi pastki ramkalar bir xil bo'lib, ular DwPTS, UpPTS
xizmat ko'rsatish maydonlarini va GP qo'riqlash oralig'ini o'z ichiga oladi. 10 ms
TDD tsikli bilan 6-chi subframe pastga ulanish ma'lumotlarini uzatish uchun
ishlatiladi. 0 va 5 pastki kadrlar, shuningdek, DwPTS maydoni har doim quyi
oqim kanaliga, 2-chi subfreym va UpPTS maydoni esa har doim yuqori oqim
kanaliga ishora qiladi. Qolgan pastki ramkalarni taqsimlash
32
jadval bilan belgilanadi. 1. DwPTS, UpPTS va GP maydonlarining davomiyligi uchun bir nechta variant
mavjud, ammo ularning yig'indisi har doim 1 ms ni tashkil qiladi.
Yuqorida aytib o'tilganidek, LTE DVB, Wi-Fi va WiMAX tizimlarida yaxshi
o'rganilgan OFDM modulyatsiyasidan foydalanadi [1]. Eslatib o'tamiz, OFDM
texnologiyasi Sk(t) = ak·sin [2p (f0) ko'rinishidagi tor polosali pastki tashuvchilarning
mustaqil modulyatsiyasi orqali keng polosali signalni uzatishni o'z ichiga oladi.
+ k
∆f)],
ma'lum chastotali qadam
∆f
bilan joylashgan. Bitta OFDM belgisi
modulyatsiyalangan pastki tashuvchilar to'plamini o'z ichiga oladi. Vaqt
domenida OFDM belgisi ma'lumotlar maydonini (foydali ma'lumot) va
tsiklik prefiks CP (Cyclic Prefix) deb ataladigan narsani o'z ichiga oladi -
oldingi belgining oxirining qayta uzatilgan qismi. Prefiks tayinlash
- ko'p yo'nalishli signal tarqalishi tufayli qabul qilgichdagi belgilararo
shovqinlarga qarshi kurash. Kechikish bilan kelgan aks ettirilgan signal
prefiks zonasiga tushadi va foydali signalni bir-biriga yopishmaydi. LTE
∆f
=
15 kHz pastki tashuvchilar o'rtasida standart qadamni qabul qiladi, bu OFDM
belgisining davomiyligi 66,7 mksga to'g'ri keladi.
2.3-rasm. Qo'llaniladigan standart texnologiyalar
Har bir slotdagi har bir abonent qurilmasiga (AQSh) vaqt-chastota
domenida kanal resurslarining ma'lum diapazoni tayinlangan (7-rasm) -
resurs tarmog'i. Resurslar tarmog'i yacheykasi - resurs elementi - chastota
domenidagi bitta pastki tashuvchiga va vaqt domenidagi bitta OFDM
belgisiga mos keladi. Resurs elementlari resurs blokini tashkil qiladi -
kanaldagi minimal axborot birligi. Resurs bloki tsiklik prefiksning turiga
qarab (2-jadval) 12 ta pastki tashuvchini (ya'ni 180 kHz) va 7 yoki 6 OFDM
belgilarini egallaydi - shuning uchun slotning umumiy davomiyligi 0,5 ms.
Resurslar tarmog'idagi NRB resurs bloklari soni kanal o'tkazish
qobiliyatiga bog'liq va 6 dan 110 gacha (LTE-da yuqoriga/pastga ulanish
chastota diapazonlarining kengligi 1,4 dan 20 MGts gacha). Resurs bloki
minimal resurs elementidir
33
tayanch stantsiyani rejalashtiruvchi tomonidan abonent qurilmasiga
ajratilgan. Baza stantsiyasi maxsus boshqaruv kanalidagi har bir uyaga
resurslarni taqsimlash haqida xabar beradi. 4,7 mks prefiksning davomiyligi
to'g'ridan-to'g'ri tarqaladigan signaldan 1,4 km ko'proq masofani bosib
o'tgan aks ettirilgan signalning kechikishi bilan kurashishga imkon beradi.
Shahar sharoitida uyali aloqa tizimlari uchun bu odatda juda etarli. Agar yo'q
bo'lsa, radiusi 120 km gacha bo'lgan hujayralardagi belgilararo
interferentsiyani bostirishni ta'minlaydigan kengaytirilgan prefiks
qo'llaniladi. Bunday ulkan hujayralar MBMS xizmatlarining har xil turlari,
masalan, mobil televidenie eshittirishlari uchun foydalidir.
Xuddi shu rejimlar uchun (faqat pastga ulanish uchun) 7,5 kHz pastki
tashuvchilar orasidagi qadam va 33,4 mks siklik prefiksi bilan maxsus slot
tuzilishi taqdim etiladi. Slotda faqat uchta OFDM belgisi mavjud. Efir
xizmatining alohida holati MBSFN (Yagona chastotali tarmoq uchun
multimedia eshittirish xizmati) rejimidir. Ushbu rejimda ma'lum bir MBSFN
zonasidagi bir nechta BS bir vaqtning o'zida va sinxron ravishda umumiy
eshittirish signalini uzatadi.
Har bir pastki tashuvchi 4-, 16- va 64-pozitsiyali kvadratura faza-
amplitudali modulyatsiya (QPSK, 16-QAM yoki 64-QAM) yordamida
modulyatsiya qilinadi. Shunga ko'ra, bitta pastki tashuvchida bitta belgi 2, 4
yoki 6 bitni o'z ichiga oladi. Standart prefiks bilan belgi tezligi 14 000 belgi/s
bo'ladi, bu FDD dupleks bilan har bir subtashuvchi uchun 28 dan 84 kbit/s
gacha bo'lgan umumiy tezlikka to'g'ri keladi. 20 MGts chastotali signal 100 ta
resurs bloklari yoki 1200 ta subtashuvchilarni o'z ichiga oladi, bu umumiy
kanal tezligini 33,6 dan 100,8 Mbit / s gacha beradi.
LTE spetsifikatsiyalari BS va SS (E-UTRA tarmoqlarida) o'rtasidagi yuqoriga
va pastga ulanish kanalining kengligi uchun bir nechta sobit qiymatlarni
belgilaydi (3-jadval). OFDM Fast Furier Transform (FFT) dan foydalanganligi
sababli, raqamli signallarni qayta ishlash jarayonlarini soddalashtirish uchun
rasmiy subtashuvchilar soni N = 2n ga (ya'ni 128, 256, ..., 2048) ko'paytirilishi
kerak. Bunday holda, namuna olish chastotasi Fs =
∆f
· N bo'lishi kerak.
Standartda ko'rsatilgan qiymatlar bilan u 3,84 MGts ga ko'payadi - WCDMA
texnologiyasidagi standart namuna olish chastotasi. Bu WCDMA va LTE-ni
qo'llab-quvvatlaydigan multimodli qurilmalarni yaratish uchun juda qulay.
Albatta, signalni yaratishda "qo'shimcha" pastki tashuvchilarning amplitudalari
(shu jumladan kanalning markaziy pastki tashuvchisi) nolga teng deb
hisoblanadi.
34
2.4-rasm - LTE tarmog'ining tuzilishi
LTE radio quyi tizimi ko'p standartli SDR radio moduli (MC-TRX, MC-
RRH) va BBU boshqaruv modulidan iborat ko'p standartli BTSga
asoslanadi.
Boshqaruv moduli yoki "miya" boshqaruvchidan trafikni to'xtatadi va
radio modullarini boshqaradi. Bu allaqachon tijoriy mahsulot, masalan,
Alcatel-Lucent WCDMA/LTE d2U moduliga ega bo'lib, uni istalgan 19
dyuymli rafga o'rnatish mumkin [18,19].
Radio moduli dasturiy ta'minot radiosi, ya'ni. havo interfeysi orqali bir
nechta uzatish texnologiyalari bilan bir vaqtning o'zida bir nechta standartlar
bilan ishlashga qodir bo'lgan qurilma. Xususan, makro-BTS uchun bu RRH
moduli deb ataladigan masofaviy "radio kallaklari" uchun standart TRDU
qabul qiluvchidir.
Agar kerak bo'lsa, GSM va LTE bitta MCPA (Multi-Carrier Power Amplifier)
moduli yordamida bir vaqtning o'zida bitta hujayrada ishlashi mumkin.
LTE texnologiyasi radio interfeysining xususiyatlari:
- quyi oqim kanali va SC-OFDMda OFDM texnologiyasidan foydalanish
yuqoriga havolada:
- chastota/vaqt bloklarining har biriga dinamik taqsimlanishi
foydalanuvchi;
- MIMO texnologiyasidan foydalanish;
- kanalning o'tkazish qobiliyatini kengaytirish imkoniyati;
- turli chastota diapazonlarida ishlash (800, 1800, 2100, 2300,
2600).
35
2.5-rasm. LTE radio tizimining arxitekturasi
3GPP tizimlari evolyutsiyasidagi keyingi qadam va strategik qadam bu
Long Term Evolution (LTE) tizimlaridir. Ular quyi oqim kanalida OFDMA
texnologiyasi va yuqori oqim kanalida SC-FDMA bilan ajralib turadi.
Modulyatsiya - 64-QAM gacha. kanal kengligi - 20 MGts gacha, TDD va FDD
duplekslash.
2.1-jadval - HSPA tizimlari (7 va 8-nashrlar) va WiMAX (relizlar) solishtirish
1.5) [17]
Variantlar
HSPA
WIMAX
Versiya
Chiqarish 7
Chiqarish 8
Chiqarish 1.5
Diapazon, gigagerts
2.0
2.5
Duplekslash
FDD
FDD
TDD
Kanal kengligi, MGts
2*5
2*5
10
BS antennalari
1*2
2*2
2*2
AC antennalar
1*2
1*2
Modulyatsiya va kodlash tezligi
Pastga tushishda
kanal
64-QAM,5/6
16-QAM,3/4
61-QAM,5/6
64-
QAM, 5/6
Ko'tarilishda
kanal
16-QAM,3/4
64-
QAM, 5/6
Eng yuqori tezlik, Mbit/s
Pastga tushishda
kanal
17.5
21
35
36
48
Ko'tarilishda
kanal
8.3
8.3
8.3
17
24
Tarmoq arxitekturasi butun IP tarmog'idir. LTE tizimi mobil WiMAX-da allaqachon
qo'llanilgan texnologiyalar va texnikalardan foydalanadi, shuning uchun LTE tizimlaridan
shunga o'xshash samaradorlikni kutish kerak (2 va 3-jadvallar).
36
2.2-jadval - 2x20 MGts diapazonli FDD bilan bir xil chastota sharoitida
haqiqiy LTE tizimlari (ishlab chiqaruvchilarning hisobotlariga ko'ra; va mobil
WiMAX (1.5-reliz)) parametrlarini taqqoslash [17]
Variantlar
LTE
WIMAX
Chiqarish
1.5
Motorola
T-Mobile
Qualcomm
Pastga tushadigan kanal
BS antennasi
2*2
4*4
4*2
2*2
4*4
Modulyatsiya
kodlash tezligi
Va
64-QAM,5/6
64-
QAM, 5/6
64-
QAM, 5/6,
Yo'q
ma'lumotlar
64-
QAM,5/
6
Tezlik, Mbit/s
117
226
114
277
289
Ko'tarilgan kanal
ma'lumotlar yo'q
Antenna
1*2
1*2
1*2
AC
Modulyatsiya
tezlik
kodlash
Va
64-QAM
16-QAM
61-QAM,5/6
Tezlik, Mbit/s
50.1
75
69.1
Shuni ta'kidlash kerakki, LTE tizimlari 3Gga nisbatan inqilobiy
yaxshilanishdir. LTE CDMA tizimlaridan OFDMA tizimlariga o'tishni,
shuningdek, to'liq IP paketli kommutatsiya tizimiga o'tishni ifodalaydi. Shu
sababli, ushbu texnologiyani mavjud uyali tarmoqlarda amalga oshirish,
hech bo'lmaganda, keng kanalning afzalliklaridan foydalanish uchun yangi
RF resurslariga bo'lgan ehtiyojni anglatadi. Bundan tashqari, orqaga qarab
muvofiqlikni ta'minlash uchun ikki rejimli so'nggi nuqtalar talab qilinadi.
Shuning uchun 3G tizimlaridan LTE ga silliq o'tish juda muammoli.
WiMax 16e va LTE Rel.8 radio interfeysining asosiy xususiyatlari.
Ikkala texnologiya ham bir xil MIMO-OFDM radio interfeysiga asoslangan.
LTE pastga ulanishi va WiMax yuqoriga va pastga ulanishi OFDMA -
ortogonal chastotali bo'linish multipleksatsiyasidan (OFDM) foydalanadi.
Yuqori aloqa LTE da OFDM dan voz kechildi, chunki bir nechta ortogonal
pastki tashuvchilar qo'shilishi katta tepalik faktoriga ega signal ishlab
chiqaradi. Bunday signalni buzilishsiz uzatish uchun yuqori chiziqli va
shuning uchun qimmat kuchaytirgich kerak. Terminallarni soddalashtirish
uchun SC-FDMA texnologiyasidan foydalanishga qaror qilindi - bitta
tashuvchida multiplekslash. SC-FDMA signali kuchaytirgichning yanada
samarali va yuqori samaradorlik bilan ishlashiga imkon beruvchi pastroq
tepalik omiliga ega.
37
2.3-jadval – LTE va WiMAX ning asosiy parametrlarini solishtirish [17]
Variantlar
LTE
WIMAX
Chiqarish
1.5
Duplekslash
FDD va TDD
FDD va TDD
chastota diapazoni
tahlil qilish uchun
2000 MGts
2500 MGts
Kanal kengligi
20 MGts gacha
20 MGts gacha
Bazadan
OFDM A
OFDMA
Baza uchun
SC-FDMA
OFDMA
Spektral samaradorlik, bit/Hz/s
Pastga
kanal, MIM (2*2)
1.57
1.59
Ko'tarilish
kanal, SIMO(1*2)
0,99
Maksimal
mobil tezligi
stantsiyalar, km/soat
350
120
Davomiyligi
ramka, ms
1
5
Antenna tizimlari
Pastga tushadigan kanal
2*2, 2*4, 4*2, 4*4
2*2, 1*4,4*2, 4*4
Ko'tarilgan kanal
1*2, 1*4, 2*2, 2*4
1*2, 1*4, 2*2, 2*1
Zamonaviy radioaloqa tizimlarida aloqa kanalida radioto'lqinlarning
tarqalish shartlarini iloji boricha hisobga olish va MCS (Modulyatsiya va
kodlash sxemasi) eng mos modulyatsiya va kodlash sxemasini tanlash
orqali ularga moslashish mumkin. QPSK/16QAM/64QAM kvadraturasi
amplitudasi modulyatsiyasi turli tezliklarda shovqinga chidamli kodlash
bilan birlashtirilishi mumkin.
LTE-da 29 ta MCS sxemasi mavjud bo'lib, ular berilgan radio
to'lqinlarning tarqalishi sharoitida maksimal o'tkazuvchanlikni ta'minlaydi;
Har bir kanal uchun sozlashning aniqligi, signal-shovqin nisbatiga qarab,
1-2 dB ni tashkil qiladi. Signal-shovqin nisbati yuqori bo'lganida, 1 ga
yaqin kodlash tezligidan foydalanish mumkin, WiMax-da MCS sxemalari
soni bir necha marta kichikroq va har bir kanal uchun sozlash aniqligi - 2-3
dB.
Har qanday uyali tarmoq abonent stansiyasi uzatgichlarining
quvvatini nazorat qilish tartib-qoidalarini qo'llab-quvvatlaydi va
yo'qotishlarga qarshi kurashadi. Klassik algoritmda foydalanuvchi
signallarining emissiya quvvati shunday o'rnatilishi kerakki, turli
foydalanuvchilarning signal darajalari ma'lum bir chegara qiymatiga teng
bo'lgan signal-shovqin nisbati bilan tayanch stansiya qabul qiluvchining
kirishiga etib boradi. Bu WiMax-da ishlatiladigan algoritm.
38
LTE o'zgartirilgan algoritmdan foydalanadi - qisman quvvatni
boshqarish FPC (Fractional Power Control). SNR chegarasi
foydalanuvchilar uchun hujayra ichidagi joylashuviga qarab farq qiladi: UE
tayanch stantsiyaga qanchalik yaqin bo'lsa, quvvatni sozlash mezoni
sifatida SNR chegarasi shunchalik yuqori bo'ladi. Shuning uchun, tayanch
stansiyaga yaqin joyda UE yuqori signal-shovqin nisbati, yuqori kodlash
tezligi va modulyatsiya omili va shuning uchun yuqori spektral
samaradorlik bilan ishlaydi. Bundan tashqari, yuqori quvvatda ishlash
orqali UE tizim ichidagi shovqinlarga dosh bera oladi - qo'shma kanal
shovqinini bostiradi.
Bundan tashqari, har bir LTE tayanch stansiyasi qo'shni hujayralardan
shovqin darajasini nazorat qiladi. Baza stansiyalari vaqti-vaqti bilan OI (ortiqcha
yuk ko'rsatkichi) ko'rsatkichlarini almashtirib turadi, bu qaysi resurs blokida
shovqin darajasi chegara qiymatidan oshib ketishini ko'rsatadi. OI indikatori
hujayradagi har bir chastota bloki uchun tayanch stansiyaning shovqin va fon
shovqin darajasini o'lchashlari asosida yaratiladi. Quvvatni boshqarish
parametrlari qabul qilingan OIga qarab o'rnatiladi: agar biron bir blok uchun
yuqori darajadagi shovqin ko'rsatilgan bo'lsa, u holda tayanch stantsiya ushbu
resurs blokida UE chiqaradigan kuchni kamaytirish uchun buyruq yuboradi (13-
rasm).
2.6-rasm. Qo'shni asosiy stansiya quvvatini boshqarish
LTE tarmog'i 1 chastotali qayta foydalanish koeffitsienti bilan
ishlaydi, ya'ni. barcha baza stansiyalari bitta tashuvchida ishlaydi. Ushbu
tizimda tizim ichidagi shovqinlar tufayli minimallashtiriladi
39
chastotani selektiv jo'natish, hujayralar orasidagi shovqinni muvofiqlashtirish,
moslashuvchan chastota rejasi.
LTE FDD va TDD texnologiyalarining o'xshashligi va keng polosali
simsiz bozor uchun yirik FDD uyali aloqa bozorining texnik echimlarini
qayta ishlatish imkoniyati tarmoq infratuzilmasi va TD-LTE terminal
uskunalari mavjudligini kafolatlaydi.
Adolat uchun shuni ta'kidlash kerakki, LTE texnologiyasi WiMax'dan ikki yil
keyin standartlashtirilgan. Xatolar hisobga olindi va tuzatildi, eng yaxshi
tamoyillar qabul qilindi. Bundan tashqari, ikki yil ichida protsessor texnologiyasi
oldinga qadam tashladi, signalni qayta ishlashning yangi samarali algoritmlari
ishlab chiqildi, bu esa LTE-da eng ilg'or texnologiyalarni joriy etish imkonini
berdi. Masalan, IEEE 802.16e standarti HARQ protsedurasida paketlarni
birlashtirishning ikkala variantini ham taqdim etdi, ammo WiMax Forumi
oddiyroq “Chase birlashtirish” ni belgiladi, “O'sish sur'atlari” ni amalga oshirish
ixtiyoriydir va LTE tizimlarida yanada samaraliroq, Bundan tashqari, qimmatroq
algoritm allaqachon amalga oshirilgan.
Ushbu texnologik musobaqa quvib o'tish o'yinini eslatadi. Tez orada
IEEE 802.16m standartining navbatdagi versiyasi chiqariladi, u o'z
imkoniyatlari bo'yicha LTE Rel.8 dan oshib ketadi. Va keyingi LTE versiyasi
chiqqandan so'ng, texnologiyalar, ehtimol, yana joylarni o'zgartiradi. Bu
cheksiz davom etishi mumkin. Va keyin hal qiluvchi omillar marketing
bosqichlari va tartibga solish (chastotali resurslarning mavjudligi va operator
faoliyati uchun litsenziyalash shartlari) bo'ladi.
Dunyo bo'ylab 1000 dan ortiq CDMA + GSM/UMTS tarmoqlari mavjud.
Global uyali aloqa bozorini LTE va WiMax tarmoqlari bilan taqqoslab bo'lmaydi,
ammo LTE tarmog'ining radio qamrovi va sig'im xususiyatlari WiMaxnikidan
sezilarli darajada yuqori.
|