Основные технические требования к радиоинтерфейсу сети LTE PDF Print E-mail
Written by Administrator   
Monday, 20 August 2012 02:03


Началом работы Партнерского проекта по сетям третьего поколения 3GPP над дальнейшим развитием этих сетей считается семинар по эволюции сети радиодоступа RAN, проведенный 2-3 ноября 2004 г. в Торонто (Канада). Основными направлениями работ по дальнейшему развитию сети RAN стали [ 1, 11]:

-снижение себестоимости бита информации;

-увеличение количества услуг, ориентированных на требования абонентов; повышение гибкости использования имеющихся и новых частотных
диапазонов;
-упрощение архитектуры и унификация интерфейсов;

-более рациональное потребление энергии абонентскими терминалами;
-исключение излишних опции.
Таким образом, главными целями эволюции сетей 3G к сети E-UTRAN являются улучшение качества услуг и уменьшение расходов пользователей, а также эксплуатационных расходов операторов.

Первые технические требования к LTE, сформулированные в отчете TR 25.913 [1], определили, в свою очередь, требования к сети радиодоступа E-UTRAN, входящей в сеть LTE [5, 9]:

1.    Максимальная (пиковая) скорость передачи данных (peak data rates):

100 Мбит/с в линии «вниз» при полосе канала 20 МГц (спектральная эффективность 5 бит/с/Гц);

50 Мбит/с в линии «вверх» при полосе канала 20 МГц (спектральная эффективность 2,5 бит/с/Гц).

Эти требования можно реализовать, если спектр сигнала увеличить (по сравнению с сетью доступа UTRAN) в четыре раза (с 5 до 20 МГц) и применить технологию MIMO.

Значения пиковой скорости передачи данных и спектральной эффективности для сети E-UTRAN в режиме FDD/TDD и в режиме TDD, совместимом с кадровой структурой сети UTRAN при ее работе с низкой скоростью манипуляции (LCR-формат), приведены в табл. 6.1, 6.2. Эти значения можно получить, если использовать технологию MIMO, два передатчика ТХ, модуляцию 64QAM, скорость кодирования R, равную единице в линии «вниз», а также один передатчик ТХ UE, модуляцию 16QAM и ту же скорость кодирования в линии «вверх».
При расчетах пиковой скорости передачи данных учитывалась кадровая структура линий «вверх» и «вниз» (циклические префиксы, временные и частотные защитные интервалы, контрольные символы), виды модуляции и помехоустойчивого кодирования. Кроме того, учитывались служебные заголовки и сообщения протоколов физического и канального уровней L1 и L2 (сообщения планирования передачи информации, сообщения протокола повторной передачи HARQ, сообщения абонентского терминала об измеренном качестве канала (Channel Quality Indicator — CQI).

В табл. 6.1 и 6.2 приведены значения пиковой скорости передачи данных в линиях «вниз» и «вверх» в условиях благоприятной помеховой обстановки, когда отношение сигнал/шум (С/I) больше 20 дБ и можно использовать многопозиционные виды модуляции 16QAM, 64QAM [2, 3]. Ухудшение отношения С/I приводит к уменьшению пиковой скорости передачи (рис. 6.1 — для линии «вниз», рис. 6.2 — для линии «вверх»). Как показано на рис. 6.1 и рис. 6.2, пиковая скорость передачи данных зависит от характеристик помехоустойчивости алгоритма приема и обработки сигнала.

На рисунках обозначено:
скорость помехоустойчивого кодирования;

MMSE (Minimum Mean Squared Error) — линейное детектирование MIMO-сигналов по критерию минимума среднеквадратической ошибки; QRM-MLD с использованием ASESS (Adaptive Selection of the Surviving Symbol Replica Candidates) — адаптивное нелинейное детектирование (QR decomposition and the M-algorithm — QRM) MIMO-сигналов по критерию максимума функционала правдоподобия (Maximum Likelihood Detection — MLD).

Зная требуемое отношение сигнал/шум и мощность передачи сигнала, можно определить пиковые скорости передачи данных на разных удалениях от базовой станции.

2.    Емкость сети E-UTRAN: не менее 200 пользователей на соту в активном режиме при ширине спектра сигнала 5 МГц.

3.    Время задержки передачи пакетов данных на уровне протоколов управления (control-plane latency):

время перехода мобильного терминала из неработающего состояния IDLE (Release 6) в активное состояние CELLJDCH (Release 6) менее 100 мс; время перехода мобильного терминала из режима ожидания CELL_PCH (Release 6) в активное состояние CELL_DCH (Release 6) менее 50 мс.

4.    Время задержки передачи пакетов данных пользователя {user plane latency): менее 5 мс в активном состоянии мобильного терминала при загрузке IP-пакетов минимальных размеров (для одного пользователя с одним потоком данных).
Небольшое время задержки передачи пакетов данных требуется для предоставления современных услуг в реальном масштабе времени сетями сотовой связи, функционирующими по принципу коммутации пакетов (TCP/IP).

Время задержки передачи пакетов данных пользователя с IP-уровня одного узла сети (мобильного терминала, шлюза) на IP-уровень другого узла сети складывается из времен задержек на различных этапах передачи данных (табл. 6.3). Суммарное среднее время задержки передачи пакетов для протоколов плоскости пользователя при передаче данных для сети E-UTRAN равно 4,0 мс (включая задержку передачи данных между базовой станцией и шлюзом сети). Сокращение этой задержки до 1,0 мс является целью создания радиоинтерфейса в рамках проекта WINNER.
5.    Скорость передачи данных пользователя {user throughput):

-    в линии «вниз» в три-четыре раза выше, чем при использовании технологии HSDPA (Release 6) и при двух передающих антеннах базовых станций и двух приемных антеннах абонентских терминалов;

-    в линии «вверх» в два-три раза выше, чем при использовании технологии HSUPA и при одной передающей антенне абонентских терминалов и двух приемных антеннах базовых станций.

6.    Эффективность использования спектра {спектральная эффективность):

-    в линии «вниз» в три-четыре раза выше, чем при использовании технологии HSDPA (Release 6) в условиях полной загрузки сети;

-    в линии «вверх» в два-три раза выше, чем при использовании технологии HSUPA в условиях полной загрузки сети.

Параметры спектральной эффективности сети E-UTRAN приведены в табл. 6.4 (для абонентов с низкой мобильностью и при несущих частотах радиосигнала в диапазоне 2 ГГц).
Таблица 6.4. Значения параметров спектральной эффективности сети E-UTRAN
Параметр    Абсолютное значение параметра, бит/с/Гц   
Линия «вниз»    Линия «вверх»7.    Мобильность абонентов в сети E-UTRAN:

-    низкая (скорость перемещения 0... 15 км/час);

-    высокая (скорость перемещения 15... 120 км/час);

-    сверхвысокая (скорость перемещения 120...350 км/час, максимально до

500 км/час).

8.    Радиус сот:

-    до 5 км при обеспечении максимальных пропускной способности, спектральной эффективности и мобильности;

-    до 30 км при ухудшении этих параметров.

9.    Технология мобильного вещания {Multimedia Broadcast Multicast Service — MBMS):

-    снижение технологической сложности AT — использование одинаковых видов модуляции, кодирования, множественного доступа и одинаковых полос канала в сети для режимов Multicast и Unicast;
-    одновременное предоставление пользователю услуг вещания MBMS и передачи речи;

-    доступность для технологии вещания парных (в режиме FDD) и непарных (в режиме TDD) спектральных полос.

10.    Гибкость использования радиоспектра:

-    использование адаптивных каналов с шириной спектра 1,4; 3; 5; 10; 15 и 20 МГц в линиях «вверх» и «вниз»;

-    обеспечение гибкости использования радиоспектра в режиме только в линии «вниз» и в режиме в линиях «вниз» и «вверх».

11.    Совместимость сети E-UTRAN с другими сетями 3GPP:

-    совместимость в одной географической зоне и одновременное использование каналов сетей E-UTRAN и сетей GERAN/UTRAN;

-    абонентские терминалы сети E-UTRAN, поддерживающие сети UTRAN и/или GERAN, обеспечивают межсетевой хэндовер;

-    длительность прерывания обслуживания в процессе выполнения хэндовера между сетями E-UTRAN и UTRAN (или GERAN) для оказания услуг в реальном масштабе времени (real-time) не должно превышать 300 мс;

-    длительность прерывания обслуживания в процессе выполнения хэндовера между сетями E-UTRAN и UTRAN (или GERAN) для оказания услуг,

инвариантных ко времени (non real-time), не должна превышать 500 мс.