LTE (Long Ter Evolution). Введение. White paper

Краткий обзор

Мобильный широкополосный доступ становится все более распространенным, по мере того, как подрастает интернет-поколение, а вместе с ним и потребность иметь возможность широкоплосного доступа везде, где бывает современный человек, а не только дома или в офисе. Из прогнозируемого числа в 1.8 млрд людей, которые к 2012 году обзаведутся широкополосным доступом, примерно две трети будут пользоваться им в мобильном варианте, причем большинство таких пользователей получат услуги мобильного ШПД благодаря сетями с поддержкой HSPA (High Speed Packet Access) и LTE (Long Term Evolution).

Все, кому это нужно, уже сегодня могут серфить интернет или посылать сообщения электронной почты с ноутбуков, поддерживающих технологию HSPA, постепенно заменяя фиксированные DSL-модемы беспроводными HSPA-модемами или USB-донглами, а также отправляя или получая видео или музыку с помощью телефонов 3G. Но когда появится LTE, пользоваться подобными услугами станет значительно комфортнее. Более того, в сетях LTE наверняка появятся и другие услуги из числа тех, которые весьма требовательны к пропускной способности канала связи, как, например, интерактивное ТВ, мобильный видео-блоггинг, современные онлайновые игры или профессиональные услуги.

Переход к LTE сулит несколько важных преимуществ для абонентов и операторов

Таким образом, внедряя LTE, операторы смогут наиболее эффективным образом использовать выделенные им частоты, а также достичь стоящих перед ними бизнес-целей в области мобильного широкополосного доступа и мультимедийных услуг.

Источник

Также по теме читайте об LTE в "Энциклопедии MForum.ru"

Отвечая потребностям абонентов

Число абонентов широкополосного доступа к 2012 году, как ожидается, может достичь 1.8 млрд. Практически две трети от этого количества, будут использовать мобильный широкополосный доступ. Трафик передачи мобильных данных, как ожидается, к 2010 году превзойдет по объему трафик передачи речи, что предъявляет высокие требования к мобильным сетям, как в настоящее время, так и в будущем.

Есть существенные основания для того, чтобы ожидать резкого роста мобильным широкополосным доступом.

Прежде всего, потребители поняли и оценили преимуществ мобильного широкополосного доступа. Большинство людей уже используют мобильные телефоны и многие кроме того подключают свои ноутбуки к беспроводным сетям. Шаг к полному мобильному широкополосному доступу интуитивен и понятен, особенно, если речь идет о сети LTE, обеспечивающей качественное покрытие и роуминг с существующими сетями 2G и 3G.

Кроме того, опыт, полученный при эксплуатации сетей с поддержкой HSPA показал, что если оператор обеспечивает качественное покрытие, предоставляет необходимые услуги и терминалы, использование мобильного широкополосного доступа быстро обретает популярность.

Источник

Пакетный трафик передачи данных начал опережать трафик передачи голоса уже в мае 2007 в среднестатистических сетях 3G (WCDMA), см. рисунок 2. Основная причина того, что это стало реальностью, появление на сетях поддержки HSPA. Карточки беспроводных модемов HSPA и USB-донглы обрели популярность. Некоторые операторы отмечают четырехкратный прирост трафика передачи данных в течение всего трех месяцев с момента запуска HSPA.

Во многих случаях, мобильный широкополосный доступ может конкурировать с фиксированным ШПД по цене, производительности, защищенности и, безусловно, по удобству. Пользователи могут лучше организовывать свое время, используя мобильный доступ, нежели настраивая подключение к беспроводной LAN, при этом рискуя безопасностью или потерей покрытия.

В третьих, число доступных беспроводных приложений существенно вырастает в мобильных сетях. Социальные сети, поисковые машины, приложения, обеспечивающие индикацию присутствия (presence), сайты для совместного использования контента, такие, как YouTube, - это лишь несколько примеров. Благодаря мобильности, эти приложения становятся существенно более ценными для пользователей. Особенно интересен контент, производимый пользователями (UGC), поскольку его распространение оказывает влияние на профиль типового пользователя, в частности, растут требования к аплинку. Высокие пиковые скорости и уменьшенное время отклика в сетях LTE позволяют обеспечить поддержку приложений реального времени, таких, как гейминг и IPTV.

Источник

Отвечая потребностям операторов

Операторы, которые ведут свой бизнес в ситуации постоянного роста конкуренции, соревнуются не только с другими операторами, но также и с новыми участниками рынка и новыми бизнес моделями. Однако, появление новых бизнес моделей также означает и новые возможности. В современной ситуации, у мобильных операторов есть преимущество, состоящее в том, что они могут предоставлять конкурентные услуги мобильного ШПД на базе уже сделанных инвестиций в 2G и 3G.

Именно поэтому операторы столь активны в формулировании стратегий и требований к мобильному ШПД, в их работе с организациями, которые занимаются стандартизацией. Некоторые из операторов, входящих в число мировых лидеров, вендоры и исследовательские институты объединилис силы в рамках Next Generation Mobile Networks Ltd. (NGMN, Сети мобильной связи следующего поколения). NGMN работает в тесном сотрудничестве с существующими организациями, занимающимися стандартизацией и установила четкие цели по производительности, рекомендации фундаментального порядка и сценарии внедрения будущих сетей мобильного ШПД с большой территорией покрытия. Императив NGMN в отношении видения эволюции технологий после 3G, включает:

Хотя NGMN этого и не отмечал, но LTE отвечает требованиям NGMN.

Источник

Стандартизация LTE

LTE - это следующий существенный шаг в развитии мобильной радиосвязи, который оформлен, как Release 8 3GPP (3rd Generation Partnership Project). LTE использует ортогональное мультиплексирование с частотным разделением (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) в качестве технологии радиодоступа, вместе с усовершенствованными антенными технологиями.

3GPP - это коллективное соглашение, основанное в декабре 1998 года, которое объединило несколько организаций в области стандартизации телекоммуникаций, известных, как "партнеры-организаторы". В настоящее время "партнерами организаторами" являются ARIB, CCSA, ETSI, ATIS, TTA и TTC. Исследователи и инженеры разработчики со всего мира, представляющие более 60 операторов, вендоров и исследовательских институтов, участвуют в совместных попытках сформулировать стандарт радиодоступа LTE. [Нельзя не отметить, что в декабре 2008 года, эти попытки увенчались успешным выпуском соответствующего стандарта].

Кроме LTE, 3GPP разработал также "плоскую" сетевую архитектуру, основанную на использовании IP. Эта архитектура определена, как часть разработок в рамках проекта System Architecture Evolution (SAE, эволюция системной архитектуры). Были разработаны архитектура и концепции LTE-SAE для эффективной поддержки массового использования любых услуг на базе интернет протокола. Архитектура основана на эволюции существующей базовой сети GSM/WCDMA в сторону упрощения операций и органичного, эффективного по затратам развертывания.

Более того, были инициировано взаимодействие между 3GPP и 3GPP2 (организация, занимающаяся стандартизацией CDMA) с целью оптимизации межсетевого взаимодействия между CDMA и LTE-SAE. Это означает, что операторы CDMA смогут развить свои сети до LTE-SAE и воспользоваться экономией на масштабе и глобальном характере производства чипсетов, что оказало столь мощное позитивное воздействие на успех GSM и WCDMA.

Исходной точкой для стандартизации LTE стала рабочая встреча 3GPP RAN Evolution Workshop, проведенная в ноябре 2004 года в Торонто, Канада. В декабре 2004 года начались исследования, целью которых было выработать временные рамки эволюции технологии радиодоступа 3GPP:

• сокращенная стоимость на бит;

• увеличение объема услуг - больше услуг за меньшую цену с более высокой удовлетворенностью пользователей;

• гибкое использование существующих и новых частотных диапазонов;

• упрощенная архитектура и открытые интерфейсы;

• приемлемое энергопотребление терминалов

Источник

Изучение потребовалось для того, чтобы подтвердить, что концепция LTE сможет обеспечить набор требований, сформулированных в в 3GPP TR 25.913 Feasibility Study of Evolved UTRA and UTRAN (1) (см. набор фактов о начальных требованиях 3GPP).

Разработку LTE разбили на так называемые контрольные точки, а график работ согласовали на пленарных заседаниях 3GPP в Южной Корее в мае и в июне 2007 года. Результаты наглядно показывали, что LTE отвечает, а иногда и превосходит, цели, установленные в отношении пиковых скоростей, пропускной способности сот и спектральной эффективности, а также по производительности VoIP и Multimedia Broadcast Multicast Service (MBMS).

Была поставлена цель завершить стандартизацию LTE до конца 2007 года. После первого релиза были запланированы доработки, которые будут связаны с изменениями требований и функциональности.

Факты: набор исходных требований 3GPP к LTE

• повышенная пиковая скорость: 100 Мбит/с в направлении вниз и 50 Мбит/с в направлении вверх;

• сокращение отклика сети радиодоступа до 10 мс

• повышенная спектральная эффективность (в 2-4 раза, по-сравнению с HSPA Release 6)

• эффективная по затратам миграция от радиоинтерфейса и архитектуры Release 6 Universal Terrestrial Radio Access (UTRA)

• Улучшенная возможность широковещания;

• IP-оптимизация (фокус на услугах в области пакетной коммутации);

• масштабируемый диапазон от менее, чем 5 МГц до 5 МГц, 10 МГц, 15 МГц и 20 МГц;

• поддержка работы, как с парными, так и с непарными частотными диапазонами

• поддержка межсетевого взаимодействия с существующими системами 3G и системами, которые не стандартизировались 3GPP.

Источник

Техническая информация

Архитектура

В параллель с радиодоступом LTE, опорные пакетные сети также эволюционируют к плоской архитектуре SAE. Эта новая архитектура разработана для оптимизации производительности, улучшения эффективности затрат и упрощения запуска услуг на базе IP для массового рынка.

На пользовательском уровне архитектуры SAE есть всего два базовых устройства: базовая станция LTE (eNodeB) и гейт SAE Gateway, как показано на рис.4. Базовые станции LTE подключаются к опорной сети, используя интерфейс S1 - Core Network - RAN. Такая плоская архитектура сокращает число узлов, необходимых для обеспечения соединения.

Существующие системы 3GPP (GSM и WCDMA/HSPA) и 3GPP2 (CDMA2000 1xRTT, EV-DO) интегрированы в систему LTE за счет использования стандартизованных интерфейсов, обеспечивающих оптимизированную мобильность. Для систем 3GPP это означает наличие сигнального интерфейса между CDMA RAN и новой опорной сетью. Такая интеграция обеспечит поддержку, как двойных, так и одиночных радио хэндоверов, обеспечивая возможность плавной миграции к LTE.

Управление сигнализацией, например, для обеспечения мобильности, поддерживается узлом управления мобильностью (Mobility Management Entity, MME), выделенным из гейта (Gateway). Это упрощает оптимизацию развертывания сети и обеспечивает возможность гибкого масштабирования ее емкости.

Сервер домашних абонентов (HSS) подключается к пакетной сети (Packet Core) за счет интерфейса, основанного на Diameter, а не на базе сигнализации SS7, которая использовалась в сетях GSM и WCDMA. Сигнализация сети для полицейского прослуживания и для биллинга (charging) также основана на Diameter. Это означает, что все интерфейсы архитектуры - это IT-интерфейсы.

Существующие системы GSM и WCDMA/HSPA интегрированы с системой LTE с помощью стандартизованных интерфейсов между SGSN и опорной сетью LTE. Как ожидается, попытка интегрировать CDMA доступ также приведет к обеспечению возможности поддержания мобильности между сетями CDMA и LTE. Такая интеграция также должна обеспечивать, как дуальный, так и одиночный хендовер вызовов, что обеспечивает гибкую возможность миграции из сетей CDMA в сети LTE.

В LTE-SAE действует концепция QoS (качества услуги), основанная на понятии класса услуги. Это обеспечивает простое, но эффективное решение, позволяющее оператору предлагать дифференцировать предоставляемые пакетные услуги.

Источник

Радиотехнология OFDM

LTE использует OFDM для формирования нисходящего канала, т.е. канала от базовой станции к мобильному устройству. OFDM отвечает требованиям LTE к спектральной гибкости и позволяет создавать эффективные по затратам решения для широкополосных несущих с высокими пиковыми скоростями передачи данных. Это хорошо проработанная технология, о чем свидетельствует целый спектр стандаров, таких, как IEEE 802.11a/b/g. 802.16, HIPERLAN-2, DVB и DAB.

OFDM использует большое количество узкополосных поднесущих для обеспечения передачи. Базовый нисходящий канал LTE на физическом уровне можно рассматривать, как частотно-временную решетку, как показано на рис.5. В частотной области, промежутки между поднесущими, дельта f, составляют 15 кГц. Кроме того, продолжительность "символа" OFDM составляет 1 / дельта f + префикс цикличности. Префикс цикличности используется для обеспечения ортогональности между поднесущими даже в условиях радиоканала с дисперсией по времени.

Один ресурсный элемент формируется модуляцией QPSK, 16QAM или 64QAM. В случае, если используется модуляция 64QAM, каждый ресурсный элемент обеспечивает передачу 6 бит информации.

Символы OFDM сгруппированы в ресурсные блоки. Ресурсные блоки имеют размер в 180 кГц в частотном измерении и 0.5 мс во временном измерении. Каждый временной интервал передачи (TTI, Transmission Time Interval) состоит из двух слотов (Tslot).

Каждому пользователю присваивается некоторое количество так называемых ресурсных блоков в частотно-временной решетке. Чем больше ресурсных блоков назначается пользователю, и чем более высокая степень модуляции используется в формировании ресурсных элементов, тем более высокий обеспечивается бит-рейт.

Какие ресурсные блоки будут назначены и сколько их получит пользователь в данный момент времени, зависит от усовершенствованного механизма составления частотно-временного расписания. Механизм составления расписания, используемый в LTE, похож на тот, что применяется в HSPA и обеспечивает оптимальное функционирование различных услуг в различных условиях.

В восходящем канале, LTE использует пре-кодированную версию OFDM под названием SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access - множественный доступ с частотным разделением на базе одной несущей). Это предпринято для того, чтобы компенсировать расходы на OFDM, который отличается очень высоким отношением пиковой мощности к средней мощности радиосигнала (PARP - Peak to Average Power Ratio). Реализация высоких значений PARP требуют использования дорогих и неэффективных усилителей мощности, предъявляющих высокие требования к линейности, что сказывается на росте стоимости терминалов и быстроте разряда батарей.

SC-FDMA позволяет решить проблему за счет объединения ресурсных блоков таким образом, что сокращаются требования к линейности, а также к потребляемой мощности усилителя. Низкие значения PARP кроме того улучшают покрытие и производительность соты.

Более расширенное введение в LTE можно найти в работе 3G Evolution: HSPA and LTE for mobile broadband (2).

Источник

Усовершенствованные антенны

Усовершенствованные антенные решения были разработаны для внедрения HSPA (eHSPA) и будут использоваться в системах LTE. Решения, в которых применяется несколько анетенн, отвечают требованиям к мобильным сетям следующего поколения в отношении пиковых скоростей передачи данных, расширенного покрытия и высокой емкости.

Усовершентствованные антенные решения с использованием нескольких антенн являются ключевыми компонентами для достижения этих целей. Не существует решения антенного устройства, которое отвечало бы каждому возможному сценарию. Соответственно, есть целое семейство антенных решений для различных сценариев развертывания сети. Высокие пиковые скорости передачи данных, например, могут достигаться за счет использования многослойных антенных решений, таких как 2x2 или 4x4 MIMO, тогда как расширенное покрытие удобнее обеспечивать за счет использования бимформинга.

Частотные диапазоны для FDD и TDD

LTE может использоваться, как в парных (FDD), так и в непарных (TDD) участках спектра. Первые релизы продукта от лидирующих поставщиков будут обеспечивать поддержку обеих дуплексных схем. В целом, FDD - обеспечивает большую эффективность и представляет более более высокий потенциал использования устройств и инфраструктуры, тогда как TDD может выполнять роль хорошего дополнения, например, для заполнения пробелов. Более подробно читайте в краткой справке (ниже), посвященной FDD и TDD. Поскольку оборудование LTE практически идентично для случаев FDD и TDD (кроме фильтров), операторы которые начнут с сооружения сетей TDD, смогут впоследствие воспользоваться эффектом экономии на масштабе, который обеспечит широкое распространение продуктов FDD.

Факты о FDD и TDD

Все сотовые системы связи сегодня используют FDD, и более 90% частот, используемых системами мобильной связи во всем мире - это парные наборы полос частот. В случае FDD, трафик вниз и вверх обеспечивается одновременно в различных частотных диапазонах. В системах TDD, передача в канале вверх и вниз не ведется непрерывно, что позволяет использовать для организации канала один и тот же частотный диапазон. Например, если разделить время между передачей вверх и вниз в соотношении 1:1, то направление вверх будет использоваться лишь половину времени. Средняя мощность, для каждого сеанса связи, также оказывается равна половине пиковой мощности. Поскольку пиковая мощность ограничена регулятором, то в результате получается, что для той же пиковой можности, TDD обеспечивает меньшее покрытие, нежели FDD.

Более того, операторы зачастую хотели бы выделить более, чем половину своих ресурсов для организации канала вниз (чтобы повысить пиковую скорость в этом направлении). Если соотношение DL/UL равно 3:1, то для реализации сети TDD потребуется на 120% больше сайтов, нежели для реализации сети FDD.

К настоящему времени, 3GPP было выделено 10 различных частотных дипазона для создания систем LTE-FDD и четыре частотных диапазона для LTE-TDD, как это показано в табл.1 (3), (4). Вероятно, этот список будет расширен за счет добавления других частотных диапазонов, таких, например, как диапазон 700 МГц в США.

Первая инфраструктура сети LTE и терминалы будут с первого же дня поддерживать работу с множеством частотных диапазонов. LTE, таким образом, достаточно быстро сможет обеспечить возможность экономии на масштабах и глобального покрытия.

LTE разработана так, чтобы поддерживать гибкий подход к ширине несущих, которые могут варьировать от менее, чем 5 МГц вполь до 20 МГц во многих частотных диапазонах, причем, как при построении сети FDD. так и при построении сети TDD. Это означает, что оператор может разворачивать LTE, как в новых, так и в выделенных оператору ранее частотных диапазонах. Первыми могут быть диапазоны, где, в целом, легче будет найти несущие в 10 МГц или в 20 МГц (например, 2.6 ГГц (диапазон VII), AWS (диапазон IV) или диапазон 700 МГц), но, кроме того, LTE можно строить во всех сотовых диапазонах. В отличие от прежних систем сотовой связи, LTE будет быстро развернута в различных частотных диапазонах.

Источник

Терминалы, модули и терминалы для фиксированной беспроводной связи

К тому времени, как окажется доступным оборудование LTE, мобильные широкополосные устройства станут массовыми продуктами на рынке. Отраслевая аналитическая группа Strategy Analytics прогнозирует, что к 2010 году, около полумиллиарда телефонов WCDMA будет продаваться в течение года, а более 2/3 из них будут обеспечивать поддержку HSPA (октябрь 2006 года).

Сегодня большинство людей вспоминают о мобильных телефонах, когда мы говорим о мобильных звонках. Однако, в ближайшие годы, такие устройства, как ноутбуки, нетбуки, игровые устройства и видеокамеры будут активно использоваться в сетях связи благодаря таким технологиям, как HSPA, CDMA2000, а также LTE. Это будет возможно за счет использования стандартизованных PCI Express встроенных модулей. Многие компании, работающие в области потребительской электроники, смогут эффективно внедрять технологии мобильного ШПД при создании устройств, которые обеспечат новую ценность для потребителей.

Терминалы фиксированной беспроводной связи (FWT - Fixed Wireless Terminals) - это еще одна возможность эффективного использования мобильного ШПД. FWT можно сравнить с DSL-модемами для подключения к Ethernet, WLAN или POTS различных устройств в офисе или дома. Основное различие в том, что широкополосные услуги обеспечиваются не с помощью медного кабеля, а с помощью радиосети. FWT дают оператору возможность обеспечивать услугу ШПД эффективным по затратам способом для всех абонентов, которые уже располагают настольными компьютерами с подключением к Ethernet или владельцам ноутбуков, способных подключаться к сетям WLAN.

Источник

Ценовая эффективность

Существует значительная и обширная поддержка LTE со стороны мобильной индустрии. Многие поставщики, операторы и исследовательские институты участвуют в стандартизации данной технологии. Это хорошая база для создания здоровой экосистемы.

Один из ключевых факторов успеха любой технологии - это экономия на масштабе. Преимущества, связанные с объемами, существенны, как для абонентских терминалов, та и для оборудования инфраструктуры. Они сказываются на снижении затрат на производство и позволяют операторам предоставлять абонентам эффективные по цене услуги. Это одна из основных причин, которая привлекает к LTE тех операторов, которые только собираются выйти на рынок с собственной сетью мобильного ШПД.

Развертывание LTE будет осуществляться по различным сценариям, в зависимости от конкретных рыночных условий той или иной страны, регуляторных особенностей. Первые устройства будут мультимодовыми, что позволит говорить о широкой зоне покрытия, мобильности и услуг с первого же дня запуска сети LTE. Существующие стандартные сети мобильной связи можно будет использовать для обеспечения связи там, где LTE еще не внедрена.

Важным является то, что внедрение инфраструктуры LTE настолько просто и эффективно с точки зрения на затраты, насколько это только возможно. Например, должно быть возможно осуществить апгрейд существующих базовых станций радиоподсети до LTE используя легко заменяемые модули, причем они смогут работать, как с одним частотным диапазоном, так и с парными наборами частот.

Отдельные базовые станции для LTE также будет проще установить, чем современное оборудование GSM/WCDMA. Запуск сети, ее эксплуатация и менеджмент могут быть упрощены за счет использования таких функций, как "включил и работает" и "авто-отимизация", что позитивно сказывается на сокращении капитальных и операционных затрат оператора.

Источник

Заключение

LTE позиционируется в качестве сети, которая отвечает требованиям к сетям мобильной связи следуюшего поколения - как для существующих операторов 3GPP/3GPP2, так и для новичков рынка. Эта технология позволит операторам оказывать высокопроизводительные услуги мобильного ШПД для широкой аудитории, используя комбинацию высоких пиковых скоростей и пропускной мощности системы, как в направлении "вниз", так и в направлении "вверх", причем с низким временем отклика.

Инфраструктура LTE разработана с тем, чтобы быть как можно более простой в развертывании и эксплуатации, для чего разработана гибкая технология, способная оставаться работоспособной в широком наборе частотных диапазонов. LTE подразумевает возможность масштабирования частотных диапазонов, может работать в полосе частот менее 5 МГц и вплоть до 20 МГц, а также поддерживает, как парные частотные диапазоны для FDD, так и одиночные - для TDD. Архитектура LTE-SAE сокращает число узлов, поддерживает гибкие конфигурации сети и обеспечивает высокий уровень доступности услуг. Кроме того, LTE-SAE будет обеспечивать межсетевое взаимодействие с сетями GSM, WCDMA/HSPA, TD-SCDMA и CDMA.

Возможностями LTE-сети можно будет воспользоваться не только с помощью мобильного телефона, но также с помощью ноутбука, нетбука, камеры, камкордера, фиксированных беспроводных терминалов и других устройств, ориентированных на использование мобильного ШПД.

Ссылки по теме:

Источник

Также по теме читайте об LTE в "Энциклопедии MForum.ru"